激光冲击强化黄铜及其力学性能和耐蚀性能的研究
发布时间：2021-11-29 09:03
激光冲击强化技术是通过高能量等离子体冲击波作用在金属靶材表面,诱导靶材表面发生超高应变率的塑性变形,从而得到强化后的靶材材料,该技术具有绿色、成本低、效率高等优点。目前,铜合金应用范围很广,但原材料的性能很难满足现代社会产品生产及应用所提出的要求,所以需要对铜合金进行再次加工,提高其实际应用能力。本文利用数值模拟和实验相互结合的方法研究了激光冲击强化黄铜样品的强化过程和强化机理,探究激光冲击强化提高黄铜样品的耐腐蚀性和力学性能,并分析其中的原因。首先,介绍激光诱导等离子体冲击波的产生、传播和作用效果,针对激光冲击强化建立理论模型,为数值模拟提供理论基础。同时,利用ANSYS有限元分析平台建立单点激光冲击强化的仿真模型,完成前处理模块各项的设定。其次,搭建激光冲击强化实验平台,通过实验和仿真结果相结合探究激光强化的塑性变形过程,分析激光能量对强化效果的影响规律。激光冲击强化对黄铜表面力学性能有了一定的提高,并在黄铜表面产生了一层强化层。然后,进行激光冲击强化黄铜的空蚀性能研究,通过空蚀累积质量损失、轮廓曲线和表面形貌来表征黄铜的抗空蚀性能。激光冲击强化产生的强化层可以有效缓解空蚀裂纹的扩...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜合金材料加工成的阀零部件Figure1-1Copperalloymaterialprocessingvalveparts
硕士学位论文6料残余应力分布以及应变深度的变化规律。从微观强化过程反映宏观现象，并从结果来分析激光冲击强化机理。（3）搭建激光冲击强化实验平台和空蚀实验系统。利用光学器件设计并搭建激光外光路，设计专用夹具保证加工的稳定性，实行激光的良好参数（脉冲能量、激光搭接），实现大面积阵列强化结构的制备，比较不同能量参数下的强化程度，并分析其规律。将强化后的靶材进行空蚀实验，记录不同的空蚀时间下靶材质量，并通过测量材料表面的形貌、质量损失和轮廓等来表征材料的抗空蚀性能。（4）研究在不同能量参数下激光冲击强化对黄铜电化学腐蚀和力学性能的影响。通过电化学试验站、摩擦磨损实验和拉伸实验来表征激光冲击强化对黄铜性能的影响，以此来研究靶材自身性能提高与激光冲击强化能量之间的关联。图1-2技术路线Figure1-2Technicalroute1.6本章小结（Summary）本章节介绍了选题的意义，详细总结了激光冲击强化技术的发展动态，概述了空蚀现象的形成和抗空蚀材料的研究与应用，并指出了目前激光冲击强化和抗空蚀材料研究中存在的问题，从而制定了本文的研究内容和技术路线，体现出激光冲击强化技术强化靶材表面的可行性。
硕士学位论文8产生等离子体。由于高能量密度激光冲击作用的时间较短，作用区域的表面温度急速升高，产生的等离子体又发生爆炸并以冲击波的形式四处扩散。由于约束层的限制，往约束层传递的冲击波会被反射传递向靶材，为冲击强化塑性变形提供更多的冲击力。图2-1等离子体冲击波产生示意图Figure2-1Schematicofplasmashockwavegeneration由于冲击波是等离子体爆炸形成的，从而激光能量在空间和时间上的分布对等离子体的形成具有一定的影响，并且对靶材表面塑性变形产生影响。根据Zhang和Yao的研究成果可知，激光诱导产生的等离子体冲击波在空间上符合高斯分布的规则，随着距光斑中心的距离增加，该处的激光能量密度逐渐减弱，并且提出了等离子体冲击波在光斑上的空间分布的公式[74]：,exp22rPrtPt2R（2-1）其中，()为时刻等离子冲击波的冲击压力，为激光冲击强化中激光光斑的半径，为该位置与激光光斑中心的距离。此外，与没有约束层相比较，该模型的约束层对等离子体传播起到了保压以及增压的作用，因此强化过程中等离子体冲击波有效作用时间为激光脉宽的3倍左右，并且冲击波能量也是非线性的随时间变化[75]。在理想的情况下，激光冲击波向材料内部作用是以弹性波和塑性波两种形式，其中弹性波基本不起作用，一般不做考虑。起作用的冲击波强度比材料的动态屈服强度大时，材料会发生表面改性的强化。虽然塑性波的传递速率可达光速级，但是传递过程中的塑性冲击波呈指数式衰减。前面的分析可以得知冲击波在约束层的帮助下有效作用的时间大约是激光脉宽的3倍，故如图2-2所示为数值模拟仿真过程中激光冲击强化冲击压力的加载曲线。其中，是激光脉宽，激光冲击
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击强化对2524铝合金疲劳寿命的影响[J]. 李松柏,张程,李湘,王冲. 表面技术. 2020(05)
[2]激光冲击强化对7050-T7451铝合金凹槽结构疲劳寿命的影响[J]. 李钢,姚雄华,郭超,陈海波,刘磊,李博. 热加工工艺. 2019(12)
[3]电镀Zn-Ni-P合金及其耐蚀性研究[J]. 刘军松,刘定富,苏琪,张厚,吕小虎. 电镀与精饰. 2019(02)
[4]激光冲击强化对TC17钛合金微观组织及拉伸性能的影响[J]. 孙汝剑,李刘合,朱颖,彭鹏,张利新,于文花,郭伟. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[5]TA1钛薄板激光冲击成形实验及数值模拟[J]. 张青来,彭新成,韩伟东,石海洋. 中国有色金属学报. 2019(02)
[6]激光冲击层数和氯离子浓度对AM50镁合金耐腐蚀性能的影响[J]. 江崇远,王长雨,罗开玉,鲁金忠. 中国激光. 2018(09)
[7]黄铜动态破坏的热塑性本构模型研究[J]. 王晨羽,颜世晶,李金泉. 沈阳理工大学学报. 2018(03)
[8]激光冲击强化H62黄铜摩擦磨损性能研究[J]. 段海峰,罗开玉,鲁金忠. 光学学报. 2018(10)
[9]Li含量对Al-Li合金在酸性NaCl水溶液中腐蚀行为的影响[J]. 王赫男,刘春忠,鲁玲,栗仁山,林地. 稀有金属材料与工程. 2018(05)
[10]浅论制造大国向制造强国的转变[J]. 胡晓辉. 山西农经. 2018(08)
博士论文
[1]不锈钢焊接件激光冲击波强化抗气蚀工艺及机理研究[D]. 张磊.江苏大学 2013
[2]激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研究[D]. 鲁金忠.江苏大学 2010
[3]空蚀发生过程中表面形貌作用机理研究[D]. 李永健.清华大学 2009
[4]激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D]. 胡永祥.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]激光冲击强化医用Ti6Al4V合金腐蚀磨损及其耦合行为研究[D]. 于秋云.广东工业大学 2019
[2]多层激光冲击强化6061-T6铝合金抗电化学腐蚀及拉伸性能研究[D]. 张圣洋.江苏大学 2018
[3]流体机械表面抗气蚀涂层的组织结构与性能研究[D]. 张萍.河海大学 2006
本文编号：3526228
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜合金材料加工成的阀零部件Figure1-1Copperalloymaterialprocessingvalveparts
硕士学位论文6料残余应力分布以及应变深度的变化规律。从微观强化过程反映宏观现象，并从结果来分析激光冲击强化机理。（3）搭建激光冲击强化实验平台和空蚀实验系统。利用光学器件设计并搭建激光外光路，设计专用夹具保证加工的稳定性，实行激光的良好参数（脉冲能量、激光搭接），实现大面积阵列强化结构的制备，比较不同能量参数下的强化程度，并分析其规律。将强化后的靶材进行空蚀实验，记录不同的空蚀时间下靶材质量，并通过测量材料表面的形貌、质量损失和轮廓等来表征材料的抗空蚀性能。（4）研究在不同能量参数下激光冲击强化对黄铜电化学腐蚀和力学性能的影响。通过电化学试验站、摩擦磨损实验和拉伸实验来表征激光冲击强化对黄铜性能的影响，以此来研究靶材自身性能提高与激光冲击强化能量之间的关联。图1-2技术路线Figure1-2Technicalroute1.6本章小结（Summary）本章节介绍了选题的意义，详细总结了激光冲击强化技术的发展动态，概述了空蚀现象的形成和抗空蚀材料的研究与应用，并指出了目前激光冲击强化和抗空蚀材料研究中存在的问题，从而制定了本文的研究内容和技术路线，体现出激光冲击强化技术强化靶材表面的可行性。
硕士学位论文8产生等离子体。由于高能量密度激光冲击作用的时间较短，作用区域的表面温度急速升高，产生的等离子体又发生爆炸并以冲击波的形式四处扩散。由于约束层的限制，往约束层传递的冲击波会被反射传递向靶材，为冲击强化塑性变形提供更多的冲击力。图2-1等离子体冲击波产生示意图Figure2-1Schematicofplasmashockwavegeneration由于冲击波是等离子体爆炸形成的，从而激光能量在空间和时间上的分布对等离子体的形成具有一定的影响，并且对靶材表面塑性变形产生影响。根据Zhang和Yao的研究成果可知，激光诱导产生的等离子体冲击波在空间上符合高斯分布的规则，随着距光斑中心的距离增加，该处的激光能量密度逐渐减弱，并且提出了等离子体冲击波在光斑上的空间分布的公式[74]：,exp22rPrtPt2R（2-1）其中，()为时刻等离子冲击波的冲击压力，为激光冲击强化中激光光斑的半径，为该位置与激光光斑中心的距离。此外，与没有约束层相比较，该模型的约束层对等离子体传播起到了保压以及增压的作用，因此强化过程中等离子体冲击波有效作用时间为激光脉宽的3倍左右，并且冲击波能量也是非线性的随时间变化[75]。在理想的情况下，激光冲击波向材料内部作用是以弹性波和塑性波两种形式，其中弹性波基本不起作用，一般不做考虑。起作用的冲击波强度比材料的动态屈服强度大时，材料会发生表面改性的强化。虽然塑性波的传递速率可达光速级，但是传递过程中的塑性冲击波呈指数式衰减。前面的分析可以得知冲击波在约束层的帮助下有效作用的时间大约是激光脉宽的3倍，故如图2-2所示为数值模拟仿真过程中激光冲击强化冲击压力的加载曲线。其中，是激光脉宽，激光冲击
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击强化对2524铝合金疲劳寿命的影响[J]. 李松柏,张程,李湘,王冲. 表面技术. 2020(05)
[2]激光冲击强化对7050-T7451铝合金凹槽结构疲劳寿命的影响[J]. 李钢,姚雄华,郭超,陈海波,刘磊,李博. 热加工工艺. 2019(12)
[3]电镀Zn-Ni-P合金及其耐蚀性研究[J]. 刘军松,刘定富,苏琪,张厚,吕小虎. 电镀与精饰. 2019(02)
[4]激光冲击强化对TC17钛合金微观组织及拉伸性能的影响[J]. 孙汝剑,李刘合,朱颖,彭鹏,张利新,于文花,郭伟. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[5]TA1钛薄板激光冲击成形实验及数值模拟[J]. 张青来,彭新成,韩伟东,石海洋. 中国有色金属学报. 2019(02)
[6]激光冲击层数和氯离子浓度对AM50镁合金耐腐蚀性能的影响[J]. 江崇远,王长雨,罗开玉,鲁金忠. 中国激光. 2018(09)
[7]黄铜动态破坏的热塑性本构模型研究[J]. 王晨羽,颜世晶,李金泉. 沈阳理工大学学报. 2018(03)
[8]激光冲击强化H62黄铜摩擦磨损性能研究[J]. 段海峰,罗开玉,鲁金忠. 光学学报. 2018(10)
[9]Li含量对Al-Li合金在酸性NaCl水溶液中腐蚀行为的影响[J]. 王赫男,刘春忠,鲁玲,栗仁山,林地. 稀有金属材料与工程. 2018(05)
[10]浅论制造大国向制造强国的转变[J]. 胡晓辉. 山西农经. 2018(08)
博士论文
[1]不锈钢焊接件激光冲击波强化抗气蚀工艺及机理研究[D]. 张磊.江苏大学 2013
[2]激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研究[D]. 鲁金忠.江苏大学 2010
[3]空蚀发生过程中表面形貌作用机理研究[D]. 李永健.清华大学 2009
[4]激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D]. 胡永祥.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]激光冲击强化医用Ti6Al4V合金腐蚀磨损及其耦合行为研究[D]. 于秋云.广东工业大学 2019
[2]多层激光冲击强化6061-T6铝合金抗电化学腐蚀及拉伸性能研究[D]. 张圣洋.江苏大学 2018
[3]流体机械表面抗气蚀涂层的组织结构与性能研究[D]. 张萍.河海大学 2006
本文编号：3526228
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