激光冲击强化金属镍的微观形变实验与模拟研究
发布时间：2020-12-26 09:44
金属纯镍具有十分优良的耐蚀性能,加工性能和焊接性能,具有较高的电真空性能和电磁控制性能。晶体结构为面心立方,具有较好的延展性和良好的强度。镍具有大量吸收氢气的能力,并且晶粒越细,吸收氢气的能力越强。激光冲击强化手段使用高能脉冲激光与材料表面发生作用,引发等离子体,形成高压冲击波向材料内传播,使材料表层区域位错密度提高,晶粒发生细化,从而改善材料多方面性能。本文利用实验手段通过不同实验参数对金属纯镍进行了激光冲击强化实验,通过激光诱导的高能冲击波作用,分析了镍截面力学性能及表层微观组织变化,深入研究了镍在超高应变率下的晶粒细化及塑性变形行为。并通过构建镍单晶体和多晶体模型,采用分子动力学模拟的手段,进一步揭示纯镍的内部微观位错结构演变规律。其主要的研究内容和结论如下:(1)理论分析了激光引起的冲击波作用于材料表面后,引起表层材料产生塑性变形的机制,获得材料在激光冲击强化作用下的微观结构演变规律和作用机理。(2)通过实验手段对金属纯镍在不同能量以及不同冲击次数下激光冲击强化作用效果,分析了其表面三维形貌和截面显微硬度分布情况,发现单次激光冲击后表面起伏的程度较小,多次冲击后则引起了严重的塑...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图激光冲击强化处理基本原理示意图Sěěěěē
2以及脉冲宽度1-50ns的激光作用于材料表面时，可在材料受冲击区域诱发等离子体，等离子体溃灭后产生炮轰波传向靶材内。图1.2显示了激光与材料相互作用的两种物理模型，其中图1.2（a）表示一种非约束模型，即在正常的空气环境中，激光直接作用于材料的表面，其间不存在任何约束介质，图1.2（b）表示另一种约束模型，即存在一种透明的约束介质，一般为水。由于水约束层的约束，热等离子体的扩张被延长，使得其产生的冲击波压力值和持续时间将提高。并且，为了避免金属表面的热熔化，在金属表面附上了吸收涂层。实验中我们使用第二种约束模型进行激光冲击强化实验。图1.2 激光材料相互作用两种模型：（a）非约束模型；（b）约束模型Fig.1.2 Laser-matter interaction model: (a) direct abalation; (b) confined abalation.Fabbro.R 等学者在 1987 年间研究了金属材料与激光相互作用引发冲击波的原理，提出了图 1.2（b）中
2.2 激光冲击强化实验2.2.1 实验装置与实验材料（1）实验装置在激光冲击处理技术的研究中，高能量铷玻璃激光器主要应用于一般激光冲击处理的研究，Nd：YAG激光器和准分子激光器主要应用于小能量激光冲击处理的研究。并且，Nd:YAG激光器性能可靠，光束稳定，其调Q技术能满足多种冲击工艺要求。激光冲击强化处理试验在江苏大学激光技术研究所进行，使用的是法国 ThalesLaser 公司研制生产的 Nd:YAG 激光器。该激光器是当今市场上模块化最紧凑的灯泵浦激光器之一，性能较好。如图 2.1 所示，实验装置主要包括激光控制单元、激光发生器和六轴机械手臂三大部分。同时，实验也配备了必要的辅助设备，如水流循环系统和蓄水池等。在进行冲击实验时，金属镍试样固定在德国库卡机械手臂上，通过机械手臂的运动，实验冲击路径的变换。表 2.1 给出了激光器主要性能参数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等通道转角挤压过程中纯铜位错密度变化和力学性能[J]. 丁雨田,刘博,郭廷彪,胡勇,李海龙,赵珺媛. 中国有色金属学报. 2014(08)
[2]纳米金属材料的界面力学行为研究[J]. 魏宇杰. 金属学报. 2014(02)
[3]金属强度的尺寸效应[J]. 黄晓旭. 金属学报. 2014(02)
[4]激光冲击强化对TC17表面硬度的影响[J]. 聂祥樊,龙霓东,刘海雷,何卫锋,李启鹏. 机械设计与制造. 2012(01)
[5]2A02铝合金中强激光冲击诱导的位错组态分析[J]. 罗新民,张静文,马辉,张永康,陈康敏,任旭东,罗开玉. 光学学报. 2011(07)
[6]晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究[J]. 马文,祝文军,陈开果,经福谦. 物理学报. 2011(01)
[7]纳米孪晶金属材料[J]. 卢磊,卢柯. 金属学报. 2010(11)
[8]制碱用纯镍压力容器焊接方法的优化[J]. 王日晗,杨志军,常城. 压力容器. 2008(05)
[9]Voronoi算法模型及其程序实现[J]. 傅廷亮,尹雪涛,张扬. 计算机仿真. 2006(10)
[10]纯镍材有色金属反应器设备研制[J]. 孟军. 火箭推进. 2006(04)
博士论文
[1]基于分子动力学的晶体铜纳米机械加工表层形成机理研究[D]. 张俊杰.哈尔滨工业大学 2011
[2]冲击压缩下纳米多晶金属塑性及相变机制的分子动力学研究[D]. 马文.国防科学技术大学 2011
[3]金属纳米晶化及机理研究[D]. 胡兰青.太原理工大学 2005
硕士论文
[1]金属材料表面自纳米化工艺、表征及机理研究[D]. 胡国雄.重庆大学 2007
[2]基于分子动力学模拟的纳米压痕技术研究[D]. 张秀艳.西安电子科技大学 2006
本文编号：2939458
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图激光冲击强化处理基本原理示意图Sěěěěē
2以及脉冲宽度1-50ns的激光作用于材料表面时，可在材料受冲击区域诱发等离子体，等离子体溃灭后产生炮轰波传向靶材内。图1.2显示了激光与材料相互作用的两种物理模型，其中图1.2（a）表示一种非约束模型，即在正常的空气环境中，激光直接作用于材料的表面，其间不存在任何约束介质，图1.2（b）表示另一种约束模型，即存在一种透明的约束介质，一般为水。由于水约束层的约束，热等离子体的扩张被延长，使得其产生的冲击波压力值和持续时间将提高。并且，为了避免金属表面的热熔化，在金属表面附上了吸收涂层。实验中我们使用第二种约束模型进行激光冲击强化实验。图1.2 激光材料相互作用两种模型：（a）非约束模型；（b）约束模型Fig.1.2 Laser-matter interaction model: (a) direct abalation; (b) confined abalation.Fabbro.R 等学者在 1987 年间研究了金属材料与激光相互作用引发冲击波的原理，提出了图 1.2（b）中
2.2 激光冲击强化实验2.2.1 实验装置与实验材料（1）实验装置在激光冲击处理技术的研究中，高能量铷玻璃激光器主要应用于一般激光冲击处理的研究，Nd：YAG激光器和准分子激光器主要应用于小能量激光冲击处理的研究。并且，Nd:YAG激光器性能可靠，光束稳定，其调Q技术能满足多种冲击工艺要求。激光冲击强化处理试验在江苏大学激光技术研究所进行，使用的是法国 ThalesLaser 公司研制生产的 Nd:YAG 激光器。该激光器是当今市场上模块化最紧凑的灯泵浦激光器之一，性能较好。如图 2.1 所示，实验装置主要包括激光控制单元、激光发生器和六轴机械手臂三大部分。同时，实验也配备了必要的辅助设备，如水流循环系统和蓄水池等。在进行冲击实验时，金属镍试样固定在德国库卡机械手臂上，通过机械手臂的运动，实验冲击路径的变换。表 2.1 给出了激光器主要性能参数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]等通道转角挤压过程中纯铜位错密度变化和力学性能[J]. 丁雨田,刘博,郭廷彪,胡勇,李海龙,赵珺媛. 中国有色金属学报. 2014(08)
[2]纳米金属材料的界面力学行为研究[J]. 魏宇杰. 金属学报. 2014(02)
[3]金属强度的尺寸效应[J]. 黄晓旭. 金属学报. 2014(02)
[4]激光冲击强化对TC17表面硬度的影响[J]. 聂祥樊,龙霓东,刘海雷,何卫锋,李启鹏. 机械设计与制造. 2012(01)
[5]2A02铝合金中强激光冲击诱导的位错组态分析[J]. 罗新民,张静文,马辉,张永康,陈康敏,任旭东,罗开玉. 光学学报. 2011(07)
[6]晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究[J]. 马文,祝文军,陈开果,经福谦. 物理学报. 2011(01)
[7]纳米孪晶金属材料[J]. 卢磊,卢柯. 金属学报. 2010(11)
[8]制碱用纯镍压力容器焊接方法的优化[J]. 王日晗,杨志军,常城. 压力容器. 2008(05)
[9]Voronoi算法模型及其程序实现[J]. 傅廷亮,尹雪涛,张扬. 计算机仿真. 2006(10)
[10]纯镍材有色金属反应器设备研制[J]. 孟军. 火箭推进. 2006(04)
博士论文
[1]基于分子动力学的晶体铜纳米机械加工表层形成机理研究[D]. 张俊杰.哈尔滨工业大学 2011
[2]冲击压缩下纳米多晶金属塑性及相变机制的分子动力学研究[D]. 马文.国防科学技术大学 2011
[3]金属纳米晶化及机理研究[D]. 胡兰青.太原理工大学 2005
硕士论文
[1]金属材料表面自纳米化工艺、表征及机理研究[D]. 胡国雄.重庆大学 2007
[2]基于分子动力学模拟的纳米压痕技术研究[D]. 张秀艳.西安电子科技大学 2006
本文编号：2939458
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