激光冲击处理GH3039高温合金力学性能和强化机理研究
发布时间：2020-12-24 06:08
高温合金由于其优良的高温蠕变和强度特性,被广泛的用于制造航空发动机热端部件。随着现代航空发动机推力的不断增加,高性能及轻量化的结构件对高温合金的力学性能提出了更高的要求。激光冲击处理（Laser shock peening,LSP）技术作为一种新型的表面强化工艺,可以有效的提高高温合金的服役寿命,具有非常深远的意义。本文以GH3039高温合金为研究对象,通过开展激光冲击高温合金表面形貌、显微组织结构与力学性能等研究工作,为激光冲击处理技术在高温合金等热端部件上的应用提供依据。本论文主要工作及相关结论如下:采用美国LSPT公司生产的Procudo200型激光喷丸系统对GH3039高温合金拉伸试样表面进行不同激光能量冲击处理,利用MTS Landmark 370.10电液伺服试验系统进行拉伸试验,获得LSP处理前后高温合金的应力-应变曲线;利用ARAMIS三维光学变形和应变测量分析系统同步采集了高温合金拉伸试样在拉伸过程中的应变情况,探究不同激光能量对激光冲击强化效果的影响,并利用∑IGMA500型扫描电子显微镜（SEM）观测其断口形貌。结果表明:随着激光脉冲能量的增加,GH3039高温合...
【文章来源】：江苏理工学院江苏省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基高温合金的发展趋势[11]
江苏理工学院硕士学位论文2图1-1镍基高温合金的发展趋势[11]图1-2各材料在Rolls-Royce航空发动机的应用[14]1.2镍基高温合金强化方法由于镍基高温合金在制备时常会混入夹杂物，导致材料的疲劳性能受到影响，无法保证结构材料部件的使用寿命，从而制约了合金更广泛应用。当前，用于镍基高温合金强化的方法主要有热处理、表面处理以及合金元素。1.2.1热处理热处理对于镍基高温合金组织的影响较为敏感，不同的热处理能够对合金的晶粒度、强化相的程度和溶解、析出相的数量和晶粒尺寸等的影响是不同的，因此，需要慎重选择热处理工艺。目前，镍基高温合金的热处理工艺研究较为深入的是固溶处理和时效处理。孙丹丹[16]在研究热处理对Inconel625合金组织与性能的影响时发现，固溶处理能
江苏理工学院硕士学位论文6（2）超快。冲击波从诱导产生等离子体到作用结束时间只有几十纳秒[48]；（3）高能。激光束作用区域内能量密度非常高[48]；（4）超高应变率。冲击波作用时间短，应变率达到106s-1以上，相当于机械喷丸的103倍，爆炸压力的102倍，属于极端条件下的极端制造方法[48]。图1-3激光冲击处理原理图1.3.2激光冲击处理国内外发展及应用现状上个世纪70年代，美国学者Fairand等人利用高功率、短脉冲强激光冲击强化7075铝合金，激光冲击处理后发现，其疲劳寿命和抗应力腐蚀能力得到了明显的提高，这也证实激光冲击处理技术的可行性，并由此开始拉开激光冲击处理应用研究的序幕[49]。紧随其后，BMI的Calaur等人改进了激光冲击强化工艺，发现在有约束层和涂覆层模式下，所产生的冲击波压力能达到GPa量级并显著提高材料的抗疲劳性能[50]。1990年初，美国LawrenceLivermore国家实验室在激光冲击基础理论、工艺研究与设备开发方面，与GE和MIC等公司合作进行深入的探索，研发出了钕玻璃激光器（平均功率600W、频率10Hz）并成功用于喷气式发动机表面强化生产中，促进了激光冲击强化技术的快速发展。1995年，在参与美国“高周疲劳科学和技术计划”期间，JeffDnlaney博士创办了LSPTechnologies（LSPT）公司，是当时世界上首家从事激光冲击强化技术应用公司。1995年起，针对在海湾战争中F101发动机存在的一级风扇叶片抗外物损伤（FOD）能力不足等问题，GE公司和美国空军决定，着手对其进行激光冲击处理，以消除F101发动机抵抗FOD能力的不足。实验结果表明：经过激光冲击强化后，F101发动机第一级风扇叶片外物损伤容限大幅度提高，如图1-4所示[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]LSPwC对时效后GH3044合金疲劳性能的影响[J]. 汪诚,戴鹏里,姚东野,谢孟芸,张佩宇,柴艳. 表面技术. 2019(08)
[2]热处理工艺对第二代镍基单晶高温合金DD5组织和性能的影响[J]. 崔仁杰,黄朝晖,管凯,秦健朝,张毅鹏. 材料热处理学报. 2019(06)
[3]表面处理技术改善结构表面残余应力的研究进展[J]. 金辉,何柏林. 热加工工艺. 2019(06)
[4]激光冲击强化对AZ91D镁合金力学性能的试验研究[J]. 杨亚鹏,陈晓晓,张亚,张文武. 应用激光. 2018(05)
[5]激光冲击强化在高温合金材料应用上的研究进展[J]. 卢国鑫,金涛,周亦胄,赵吉宾,刘纪德,乔红超,孙晓峰. 中国有色金属学报. 2018(09)
[6]ARAMIS应变测量系统在铝合金材料拉伸试验中的应用[J]. 熊拥军,刘同成,闫小青,杨志. 塑性工程学报. 2018(04)
[7]微量元素对镍基高温合金微观组织与力学性能的影响[J]. 张鹏,杨凯,朱强,陈刚,王传杰. 精密成形工程. 2018(02)
[8]激光冲击强化技术的应用现状与发展[J]. 吴嘉俊,赵吉宾,乔红超,陆莹,孙博宇,胡太友,张旖诺. 光电工程. 2018(02)
[9]激光冲击强化5083铝合金力学性能的实验研究[J]. 宁成义,张文武,徐子法,张正. 应用激光. 2017(06)
[10]固溶热处理对一种第三代镍基单晶高温合金组织及高温持久性能的影响[J]. 方向,赵云松,张剑,杨振宇,姜华,杨岩,陈昊,吴庆辉,骆宇时. 重庆大学学报. 2017(10)
博士论文
[1]AZ31B变形镁合金及其焊接件激光冲击处理研究[D]. 葛茂忠.江苏大学 2013
硕士论文
[1]热处理工艺对InconelX-750合金的组织和性能的影响研究[D]. 张亚辉.钢铁研究总院 2019
[2]激光冲击强化AM50镁合金的微观组织及抗腐蚀性能研究[D]. 刘波.江苏大学 2017
[3]镍基高温合金GH4133B的高温疲劳行为研究[D]. 孙锦辉.辽宁科技大学 2008
本文编号：2935131
【文章来源】：江苏理工学院江苏省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基高温合金的发展趋势[11]
江苏理工学院硕士学位论文2图1-1镍基高温合金的发展趋势[11]图1-2各材料在Rolls-Royce航空发动机的应用[14]1.2镍基高温合金强化方法由于镍基高温合金在制备时常会混入夹杂物，导致材料的疲劳性能受到影响，无法保证结构材料部件的使用寿命，从而制约了合金更广泛应用。当前，用于镍基高温合金强化的方法主要有热处理、表面处理以及合金元素。1.2.1热处理热处理对于镍基高温合金组织的影响较为敏感，不同的热处理能够对合金的晶粒度、强化相的程度和溶解、析出相的数量和晶粒尺寸等的影响是不同的，因此，需要慎重选择热处理工艺。目前，镍基高温合金的热处理工艺研究较为深入的是固溶处理和时效处理。孙丹丹[16]在研究热处理对Inconel625合金组织与性能的影响时发现，固溶处理能
江苏理工学院硕士学位论文6（2）超快。冲击波从诱导产生等离子体到作用结束时间只有几十纳秒[48]；（3）高能。激光束作用区域内能量密度非常高[48]；（4）超高应变率。冲击波作用时间短，应变率达到106s-1以上，相当于机械喷丸的103倍，爆炸压力的102倍，属于极端条件下的极端制造方法[48]。图1-3激光冲击处理原理图1.3.2激光冲击处理国内外发展及应用现状上个世纪70年代，美国学者Fairand等人利用高功率、短脉冲强激光冲击强化7075铝合金，激光冲击处理后发现，其疲劳寿命和抗应力腐蚀能力得到了明显的提高，这也证实激光冲击处理技术的可行性，并由此开始拉开激光冲击处理应用研究的序幕[49]。紧随其后，BMI的Calaur等人改进了激光冲击强化工艺，发现在有约束层和涂覆层模式下，所产生的冲击波压力能达到GPa量级并显著提高材料的抗疲劳性能[50]。1990年初，美国LawrenceLivermore国家实验室在激光冲击基础理论、工艺研究与设备开发方面，与GE和MIC等公司合作进行深入的探索，研发出了钕玻璃激光器（平均功率600W、频率10Hz）并成功用于喷气式发动机表面强化生产中，促进了激光冲击强化技术的快速发展。1995年，在参与美国“高周疲劳科学和技术计划”期间，JeffDnlaney博士创办了LSPTechnologies（LSPT）公司，是当时世界上首家从事激光冲击强化技术应用公司。1995年起，针对在海湾战争中F101发动机存在的一级风扇叶片抗外物损伤（FOD）能力不足等问题，GE公司和美国空军决定，着手对其进行激光冲击处理，以消除F101发动机抵抗FOD能力的不足。实验结果表明：经过激光冲击强化后，F101发动机第一级风扇叶片外物损伤容限大幅度提高，如图1-4所示[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]LSPwC对时效后GH3044合金疲劳性能的影响[J]. 汪诚,戴鹏里,姚东野,谢孟芸,张佩宇,柴艳. 表面技术. 2019(08)
[2]热处理工艺对第二代镍基单晶高温合金DD5组织和性能的影响[J]. 崔仁杰,黄朝晖,管凯,秦健朝,张毅鹏. 材料热处理学报. 2019(06)
[3]表面处理技术改善结构表面残余应力的研究进展[J]. 金辉,何柏林. 热加工工艺. 2019(06)
[4]激光冲击强化对AZ91D镁合金力学性能的试验研究[J]. 杨亚鹏,陈晓晓,张亚,张文武. 应用激光. 2018(05)
[5]激光冲击强化在高温合金材料应用上的研究进展[J]. 卢国鑫,金涛,周亦胄,赵吉宾,刘纪德,乔红超,孙晓峰. 中国有色金属学报. 2018(09)
[6]ARAMIS应变测量系统在铝合金材料拉伸试验中的应用[J]. 熊拥军,刘同成,闫小青,杨志. 塑性工程学报. 2018(04)
[7]微量元素对镍基高温合金微观组织与力学性能的影响[J]. 张鹏,杨凯,朱强,陈刚,王传杰. 精密成形工程. 2018(02)
[8]激光冲击强化技术的应用现状与发展[J]. 吴嘉俊,赵吉宾,乔红超,陆莹,孙博宇,胡太友,张旖诺. 光电工程. 2018(02)
[9]激光冲击强化5083铝合金力学性能的实验研究[J]. 宁成义,张文武,徐子法,张正. 应用激光. 2017(06)
[10]固溶热处理对一种第三代镍基单晶高温合金组织及高温持久性能的影响[J]. 方向,赵云松,张剑,杨振宇,姜华,杨岩,陈昊,吴庆辉,骆宇时. 重庆大学学报. 2017(10)
博士论文
[1]AZ31B变形镁合金及其焊接件激光冲击处理研究[D]. 葛茂忠.江苏大学 2013
硕士论文
[1]热处理工艺对InconelX-750合金的组织和性能的影响研究[D]. 张亚辉.钢铁研究总院 2019
[2]激光冲击强化AM50镁合金的微观组织及抗腐蚀性能研究[D]. 刘波.江苏大学 2017
[3]镍基高温合金GH4133B的高温疲劳行为研究[D]. 孙锦辉.辽宁科技大学 2008
本文编号：2935131
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