【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (內(nèi)壁帶干態(tài)潤(rùn)滑膜 )在擠壓前預(yù)先套在芯棒小徑部位。擠壓孔時(shí) ， 先將芯棒和襯套一起插入孔中并使槍頭牢固對(duì)準(zhǔn)工件 ；啟動(dòng)拉槍后 ， 活塞回收 ， 芯棒穿過(guò)襯套 ， 通過(guò)襯套間接擠壓孔壁。 圖 冷擠壓工 ]6[藝 由下表可見(jiàn) ,加套擠壓孔的疲勞壽命比直接芯棒擠壓約高 20% ,而出口端的孔邊凸臺(tái)高度僅為直接擠壓的 37% ,加套擠壓效果明顯優(yōu)于直接芯棒擠壓。文中加套擠壓試 驗(yàn)是在從美國(guó)疲勞公司引進(jìn)的開(kāi)縫襯套擠壓孔設(shè)備上進(jìn)行的。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 8 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 11 直接芯棒擠壓與加套擠壓試驗(yàn)結(jié)果比較 擠壓方式 孔邊凸臺(tái)高度（ mm） 疲勞壽命（ kc） 入h 出h 直接芯棒擠壓 177 加套擠壓 214 表中 h入和 h出是冷擠壓后在孔的入口和出口引起的孔邊凸臺(tái)高度，它對(duì)裝配質(zhì)量 有顯著影響。 圖 冷擠壓產(chǎn)生的孔邊凸臺(tái) 機(jī)械噴丸技術(shù) 機(jī)械噴丸成形是 20世紀(jì) 50年代隨著飛機(jī)整體壁板的應(yīng)用 ， 在噴丸強(qiáng)化工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工藝方法。它用以成形外形變化平緩的蒙皮類鈑金件 ， 這些零件可以是等厚板、變厚度板和帶筋整體壁板 ， 是飛機(jī)工業(yè)成形整體壁板和整體厚蒙皮零件的主要方法之一。 隨著對(duì)激光器功率、脈寬、沖擊波引起的應(yīng)力波的波陣面形狀等問(wèn)題研究的深人和解決 , 尤其是較高激光脈沖重復(fù)率問(wèn)題的解決 , 激光沖擊噴丸強(qiáng)化已進(jìn)入實(shí)用階段并在航空、汽車、船舶和軍工等領(lǐng)域獲得了極大關(guān) ]7[注 。 機(jī)械噴丸成形的基本原 ]8[理 是利用高速?gòu)椓髯矒艚饘侔寮砻?， 使受噴表面的表層材料產(chǎn)生塑性變形 ， 導(dǎo)致殘余應(yīng)力 ， 逐步使整體達(dá)到外形曲率要求的一種成形方法。機(jī)械噴丸成形時(shí) , 每個(gè)金屬?gòu)椡瓒家愿咚僮矒艚饘侔寮谋砻?， 使受噴表面的金屬圍繞每個(gè)彈丸向四周延伸 ， 金屬的延伸超過(guò)材料的屈服極限 ， 產(chǎn)生塑性變形 ， 形成壓抗 ， 從而引起受噴表層的面積加大 ， 但表層材料的延伸又 為內(nèi)層金屬所牽制 ， 因而在板件內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力 ， 內(nèi)應(yīng)力平衡的結(jié)果使板件發(fā)生雙向彎曲變形 ， 從而使板料成形。上下表層為殘余壓應(yīng)力。 機(jī)械噴丸成型后板料的特點(diǎn)： A， 上下表層為殘余壓應(yīng)力 B，受噴表層的材料安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 9 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 C，受噴表面變得粗糙 圖 噴丸后零件的應(yīng)力分 ]9[布 圖 噴丸后零件的位錯(cuò)和晶粒分 ]9[布 激光沖擊技術(shù) 激光沖擊強(qiáng)化的原理 當(dāng)高功率密度 (GW/cm2量級(jí) )、 短脈沖 (1030ns量級(jí) )的激光通過(guò)透明約束層作用于金屬表面所涂覆的能量吸收涂層時(shí)，涂層吸收激光能量迅速氣化并幾乎同時(shí)形成大量稠密的高溫 (＞ 104K)， 高壓 (＞ 1GPa)等離子體 。 該等離子體繼續(xù)吸收激光能量急劇升溫膨脹，然后爆炸形成高強(qiáng)度沖擊波作用于金屬表面 。 當(dāng)沖擊波的峰值壓力超過(guò)材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度時(shí)，材料發(fā)生塑性變形并在表層產(chǎn)生平行于材料表面的拉應(yīng)力 [3]。 激光作用結(jié)束后，由于沖擊區(qū)域周圍材 料的反作用，其力學(xué)效應(yīng)表現(xiàn)為材料表面獲得較高的殘余壓應(yīng) ]10[力 。 沖擊原理簡(jiǎn)化流程：高功率激光→待處理表面→透明約束層→（汽化 .膨脹）→沖擊波→殘余應(yīng)力場(chǎng) .晶體缺陷的形成。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 10 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 激光沖擊強(qiáng)化原理圖 激光沖擊強(qiáng)化的特點(diǎn) 1) LSP能形成深度更加深且數(shù)值更大的殘余壓應(yīng)力影響層，通過(guò) LSP獲得的殘余壓應(yīng)力影響層可達(dá) 1～ 2mm，是噴丸的 5～ 10倍； 2) LSP所用的激光參數(shù)和作用區(qū)域可以精確控制，參數(shù)也具有可重復(fù)性，可以在同一地方通過(guò)累積的形式多次強(qiáng)化，因而殘余壓應(yīng)力的大小和強(qiáng)化層的深度精確可控； 3) 由于激光的可達(dá)性好，光斑大小可調(diào)，且能精確控制和定位， LSP技術(shù)能夠處理一些傳統(tǒng)工藝不能處理的部位。特別適合對(duì)小孔、倒角、焊縫和溝槽等部位進(jìn)行強(qiáng)化，甚至能對(duì)一些微米級(jí)金屬零件進(jìn)行強(qiáng) ]11[化 ； 4) LSP后，金屬表面留下的沖擊坑深度僅為數(shù)微米，基本不改變被處理零部件的粗糙 ]12[度 。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等對(duì)表面形變特別敏感的零部件，沖擊強(qiáng)化后效果明顯。 激光沖擊強(qiáng)化的效應(yīng) 從材料損傷的角度來(lái)看 ,不論是疲勞還是動(dòng)態(tài)破壞 ,都是一個(gè)微裂紋 (或空洞 )成核、演化和失效破壞的連續(xù)過(guò)程 , 材料損傷演化過(guò)程是全體裂紋共同作用的結(jié)果 ,因此研究裂紋萌生 .擴(kuò)展問(wèn)題具有重要意義。疲勞壽命包括裂紋萌生壽命和裂紋擴(kuò)展壽命兩部分 , 這兩部分壽命在總壽命中不僅與材料成分、組織、性能有關(guān) , 而且與沖擊參數(shù)有關(guān)。 由于沖擊波與 材料相互作用，微觀上改變了材料內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)的分布；宏觀上表現(xiàn)為材料力學(xué)性能的改變。如生成的大量位錯(cuò)可以提高材料表面的硬度和強(qiáng)安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 11 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 度；細(xì)化晶粒不僅能提高材料的強(qiáng)度，還能提高材料表面的塑形和韌性；塑形變形可以在材料表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，由于殘余壓應(yīng)力的存 在可以有效抑制材料疲勞裂紋的萌生以及減緩裂紋擴(kuò)展速率 , 使材料的疲勞壽命明顯提 ]13[高 。 （ 1）激光沖擊對(duì)裂紋萌生的影響 疲勞極限微細(xì)觀過(guò)程理 ]14[論 認(rèn)為，疲勞源裂紋的行成應(yīng)包括以下六個(gè)微細(xì)觀過(guò)程： (a)加載時(shí)，個(gè)別晶粒內(nèi)位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)，產(chǎn)生微觀滑移，但其發(fā)展將受到周圍晶粒的制約，在一些薄弱晶粒內(nèi)部或微觀應(yīng)力集中點(diǎn)附近出現(xiàn)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)并受阻于晶界； (b)為了使“微觀屈服”能進(jìn)一步發(fā)展，在周圍晶粒內(nèi)激發(fā)位錯(cuò)源及位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，以協(xié)調(diào)塑性變形，從而形成一些由相當(dāng)多晶粒參與的“ 細(xì)觀屈服”小區(qū)； (c)在“細(xì)觀屈服區(qū)”中的一些晶粒內(nèi)形成應(yīng)變集中滑移帶； (d)在卸載或反向加載到最小應(yīng)力時(shí)，一些應(yīng)變集中滑移帶在周圍彈性區(qū)的“ 脅迫”下或在反向載荷的作用下反向屈服； (e)少數(shù)應(yīng)變集中滑移帶中萌生疲勞初裂縫； (f)個(gè)別條件合適的疲勞初裂縫，擴(kuò)展進(jìn)入周圍晶粒，成為能發(fā)展成宏觀疲勞裂縫的疲勞源。 當(dāng)試件表層存在殘余壓力時(shí)，可以從兩方面來(lái)考慮殘余應(yīng)力的作用：一方面，在材料表面，殘余壓應(yīng)力的存在起到了降低平均應(yīng)力的作用，抵消了部分載荷應(yīng)力，起到直接的強(qiáng)化的作用；另一方面，較高的殘余壓應(yīng)力阻止了裂紋在表面萌生，使裂紋萌生由表面推移至次表面薄弱區(qū)，該區(qū)域往往是殘余拉應(yīng)力最大區(qū)，此處沒(méi)有表面損傷和介質(zhì)的影響，同時(shí)位錯(cuò)滑移受到較大約束， 裂紋萌生困難，表現(xiàn)為疲勞壽命提高，此時(shí)殘余壓應(yīng)力起到間接強(qiáng)化的作用。 圖 2024T62 激光沖擊前后金相圖片 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 12 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表面和內(nèi)部行成“細(xì)觀屈服區(qū)”的極限應(yīng)力是不同的。表面層中的晶粒，其自由表面一側(cè)沒(méi)有約束或約束較小，位錯(cuò)容易滑動(dòng)，在其附近形成“細(xì)觀屈服區(qū)”需要的極限應(yīng)力較低；而在離表面較遠(yuǎn)的內(nèi)部晶粒，其形成這樣的“細(xì)觀屈服區(qū)”需要的極限應(yīng)力就較高。 （ 2）激光沖擊對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響 激光沖擊強(qiáng)化對(duì)裂紋擴(kuò)展的抑制作用十分明顯，其機(jī)理可以從如下方面闡述：殘余壓 應(yīng)力場(chǎng)阻礙疲勞裂紋的擴(kuò)展，對(duì)短裂紋不僅可以使其擴(kuò)展速率大幅度下降，進(jìn)而形成非擴(kuò)展裂紋，并且大大提高疲勞短裂紋的閉合力，從而使強(qiáng)化件的疲勞強(qiáng)度得到提高。當(dāng)裂紋開(kāi)始擴(kuò)展時(shí)，隨著表面殘余壓應(yīng)力的增加，應(yīng)力強(qiáng)度因子 k減小，裂紋擴(kuò)展速率降低；當(dāng) k低于裂紋擴(kuò)展門檻值時(shí)，裂紋停止擴(kuò)展。在循環(huán)過(guò)程中，發(fā)生了殘余壓應(yīng)力松弛，使 k重新增大，裂紋擴(kuò)展速率加大，最終導(dǎo)致斷裂。 鄒世坤等研究了激光沖擊處理金屬板材后的裂紋擴(kuò)展速率，激光沖擊處理使厚度為 GH30整個(gè)沖擊強(qiáng)化區(qū)裂紋擴(kuò)展速率將為原來(lái)的 1/ 化區(qū)域內(nèi)，激光沖擊處理能明顯降低 30CrMnSiA裂紋擴(kuò)展速率，最大幅度可降到原來(lái)的 1/，激光沖擊處理可顯著降低鋁合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。其主要原因是在于激光沖擊處理可提高位錯(cuò)密度和形成表面殘余壓應(yīng) ]15[力 。對(duì)激光處理過(guò)的材料的疲勞斷口分析可知，激光沖擊部位表層殘余壓應(yīng)力在一定程度上抑制了裂紋源的形成，并可延長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展的時(shí) ]16[間 。 （ 3）激光沖擊處理對(duì)材料表面硬度的影響 激光沖擊處理提高金屬表面的硬度是其強(qiáng)化作用的令一個(gè)重要方面。激光沖擊加工在整個(gè)激光輻照區(qū)域使金屬表面硬度提高。 此外，激光沖擊強(qiáng)化還可以有效地強(qiáng)化某些金屬的焊縫區(qū)。如高溫合金 GH30氬弧焊焊縫經(jīng)激光沖擊處理后，焊縫表面顯微硬度提高 40%，抗拉強(qiáng)度提高了 12%以 ]17[上 ；激光沖擊強(qiáng)化使焊態(tài) 5086H32鋁合金的屈服強(qiáng)度回復(fù)到母材的水平使6061T6鋁合金焊縫的抗拉強(qiáng)度提高 ]18[%50 。這些焊接接頭的強(qiáng)化是因?yàn)榧す鉀_擊使材料內(nèi)部產(chǎn)生了高密度的位錯(cuò)。 （ 4）激光沖擊處理對(duì)耐磨性能及腐蝕性能的影響 激光沖擊強(qiáng)化也可以改善耐磨性能和腐蝕性能。研究表明，激光沖擊加工產(chǎn)生的圍繞夾雜物的純力學(xué)效應(yīng)可改善含鹽介質(zhì)中 316L不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能；亦使100Cr6工具鋼的磨損率下 ]19[降 。對(duì)儲(chǔ)能罐 .核廢料罐 焊縫進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化后，其疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕的性能大大提高了，其使用壽命可以達(dá)到上萬(wàn)年的使用設(shè)計(jì)要求。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化后的焊縫在一周后未見(jiàn)腐蝕，而未經(jīng)強(qiáng)化的焊縫 24小時(shí)后即出現(xiàn)嚴(yán)重的腐 ]20[蝕 。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 13 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 激光沖擊強(qiáng)化的影響因素 激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)可以大大提高材料的疲勞性能和耐磨性能，并且成功用于航空航天 、 核工業(yè)等領(lǐng)域 。 目前國(guó)內(nèi)外研究人員越來(lái)越多的關(guān)注激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)工藝研究 。 影響激光沖擊強(qiáng)化效果 的影響因素主要有激光參數(shù) 、 能量吸收層和約束層 、 材料等。 激光參數(shù) （ A） 激光功率密度 FA