發(fā)布時間：2020-08-08 18:16

【摘要】：鋁合金具有密度低、比強度高、塑性強等特點,在航空航天、汽車制造、海洋工程等高端制造行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,其各項機械性能對大型尖端設(shè)備的服役壽命具有重大影響。通常鋁合金材料的表面硬度較低,在潮濕、高強度工況下服役時,容易發(fā)生點腐蝕、局部腐蝕、疲勞斷裂等多種形式的破壞,從而降低了鋁合金的機械性能及服役壽命。激光沖擊強化是一種新型表面強化技術(shù),可以有效改善金屬及合金材料的微觀組織及表面完整性,抑制材料表面裂紋的萌生和擴展,提高金屬材料的機械性能,常應(yīng)用于零部件關(guān)鍵部位的表面強化處理。但目前,關(guān)于多層激光沖擊強化對鋁合金抗腐蝕性能及拉伸性能的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究,本文以6061-T6鋁合金為研究對象,構(gòu)建了多參數(shù)集成控制的激光沖擊強化系統(tǒng),采用數(shù)值模擬和試驗分析的研究方法,對多層激光沖擊鋁合金的抗電化學(xué)腐蝕性能和拉伸性能進行了系統(tǒng)研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)構(gòu)建了多參數(shù)集成控制的激光沖擊強化系統(tǒng)。通過構(gòu)建多參數(shù)集成控制的激光沖擊強化系統(tǒng),解決了學(xué)校激光所在5軸工作平臺上進行沖擊試驗時,存在自由度低,沖擊范圍受限制,運動范圍被干涉,且無法進行葉片等復(fù)雜零件沖擊強化的問題。整個系統(tǒng)集激光器、機械手及其控制柜、水循環(huán)系統(tǒng)、外部光路系統(tǒng)、以及PC離線軟件系統(tǒng)于一體,并且各個系統(tǒng)間相互聯(lián)動,被加工零件可在空間內(nèi)自由旋轉(zhuǎn),并通過新型的激光強化工藝實現(xiàn)對復(fù)雜曲面的激光沖擊強化。(2)通過ABAQUS有限元軟件對6061-T6鋁合金試樣進行了1層、2層、3層激光沖擊數(shù)值模擬研究,為多層激光沖擊鋁合金試驗提供了理論依據(jù)。隨著激光沖擊層數(shù)的增加,6061-T6鋁合金表面的殘余壓應(yīng)力增加,殘余應(yīng)力分布更加均勻。應(yīng)力在截面垂直方向呈“壓應(yīng)力—拉應(yīng)力—壓應(yīng)力”的分布。經(jīng)過多層激光沖擊,6061-T6鋁合金試樣表面發(fā)生了明顯的塑性變形,材料整體由于模型內(nèi)部的力學(xué)平衡而發(fā)生宏觀塑性變形,并且隨著沖擊層數(shù)的增加,“拱橋”狀宏觀變形更加明顯。(3)利用多參數(shù)集成控制的激光沖擊強化系統(tǒng)對6061-T6鋁合金試樣進行了單面1層、2層、3層激光沖擊處理,研究了多層激光沖擊強化后,材料表面殘余應(yīng)力、微觀組織、表面粗糙度的改變對抗電化學(xué)腐蝕性能的影響。經(jīng)過多層激光沖擊強化后,試樣表面殘余壓應(yīng)力最大值從1層沖擊后的-68MPa提升到3層沖擊后的-107 MPa,表面顯微硬度從未沖擊試樣的110 HV提升到3層沖擊后的188 HV,表面粗糙度隨著沖擊層數(shù)的增加而降低,試樣表面晶粒細化層深度從1層沖擊后的130μm增加到3層沖擊后的170μm。多層激光沖擊后,6061-T6鋁合金電化學(xué)腐蝕電位正移,電化學(xué)阻抗增大,腐蝕電流減小,材料表現(xiàn)出更好的抗腐蝕性。6061-T6鋁合金表面產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力、晶粒細化及較低的表面粗糙度有利于提高材料的抗電化學(xué)腐蝕性能,材料表面腐蝕程度降低,腐蝕坑尺寸減小。(4)利用多參數(shù)集成控制的激光沖擊強化系統(tǒng)對6061-T6鋁合金試樣進行了雙面1層、2層、3層激光沖擊處理,研究了不同層數(shù)激光沖擊后鋁合金的拉伸性能,對斷口形貌進行了表征,揭示了激光沖擊強化層數(shù)對6061-T6鋁合金材料拉伸性能的影響機制。雙面多層激光沖擊強化大幅提升了試樣的極限抗拉強度,經(jīng)過3層沖擊后,試樣的極限抗拉強度提升到255 MPa,較未沖擊試樣共提升了13.3%。材料的伸長率先減小后增大,由未沖擊試樣的13.6%降到1層沖擊后的11.3%,再提升到3層沖擊后的14.3%。3層沖擊后,拉伸試樣斷口內(nèi)部的韌窩大小分布更加均勻,韌窩密度提升,韌窩尺寸大小約為10μm。分析了材料表層細化晶粒、殘余應(yīng)力分布及表面粗糙度在多層沖擊下對裂紋萌生和擴展的影響,揭示了激光沖擊層數(shù)對6061-T6鋁合金拉伸性能的影響機制。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249;TG146.21
【圖文】：

多層激光沖擊強化 6061-T6 鋁合金抗電化學(xué)腐蝕及拉伸性能研究僅有效降低了能耗，還加快了表征材料的變形速度，達到機械沖壓的 1000 右，比爆炸成形高出 100 倍，并且可以對復(fù)雜零件中溝、槽、拐角等難加工進行有效處理，具有常規(guī)加工方法無可比擬的優(yōu)點和顯著的技術(shù)優(yōu)勢[12-16]。

圖 1.2 激光沖擊強化示意圖[17]Fig. 1.2 Laser shock peening schematic[17]在激光沖擊過程中，當沖擊波產(chǎn)生的壓力大于材料的屈服強度時，沖擊區(qū)域發(fā)生塑性變形，如圖 1.3(a)所示，未沖擊區(qū)域受沖擊區(qū)域擠壓在軸向方向產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，當沖擊完成后，為平衡材料內(nèi)部的應(yīng)力，材料試圖恢復(fù)沖擊前的狀態(tài)，未沖擊區(qū)域?qū)_擊區(qū)域在軸向方向上產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力場[18]。

圖 1.2 激光沖擊強化示意圖[17]Fig. 1.2 Laser shock peening schematic[17]在激光沖擊過程中，當沖擊波產(chǎn)生的壓力大于材料的屈服強度時，沖擊區(qū)域發(fā)生塑性變形，如圖 1.3(a)所示，未沖擊區(qū)域受沖擊區(qū)域擠壓在軸向方向產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，當沖擊完成后，為平衡材料內(nèi)部的應(yīng)力，材料試圖恢復(fù)沖擊前的狀態(tài)，未沖擊區(qū)域?qū)_擊區(qū)域在軸向方向上產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力場[18]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2785929