激光冲击强化技术研究与应用现状

综述了激光冲击强化技术的机理和模型,分析了激光冲击强化的技术特点和影响因素,论述了激光冲击强化在生产中的应用,并且探讨激光冲击强化与激光冲击成形、激光喷丸成形之间的区别,展望了激光冲击强化技术的应用前景。

第 4期 21 0 0年 4月 文章编号：0 1 3 9 ( 0 0 0— 0 1 0 1 0— 9 7 2 1 )4 0 6— 3

机械设计与制造 M a h n r De in c iey s g& Ma u a t r n fcue 6 1

激光冲击强化技术研究与应用现状 石朝阳刘赤荣应才苏

(江苏大学机械工程学院，镇江 2 2 1 ) 10 3 Re e r h a d a pia in o s h c r c s i g s a c n p l t fl er o k p o e sn c o a s SHICh o y ng, U a—a LI Chi o g, NG i l -r n YI Ca—Sl

(c o l f c a ia E gn eig J ns nvri,h nin 10 3 C ia S h o o h ncl n ie r,i guU ies yZ e j g2 2 1, hn ) Me n a t a

:

【摘

要】综述了激光冲击强化技术的机理和模型，分析了激光冲击强化的技术特点和影响因素，论

!述了激光冲击强化在生产中的应用，并且探讨激光冲击强化与激光冲击成形、激光喷丸成形之间的区别， j展望了激光冲击强化技术的应用前景。 : 关键词：激光冲击强化；表面改性；用应

?

【 s a t/ s m r stem c a i a dm d l fl e h c rcsiga a ssi eh ia Ab t c】 t u mai h e h ns n o e sr okp oes,nl e t tc ncl r e m o a s n y s rn ea o gl e ok rcsig l e ok omi dl e e nn. e c m n r h c oes、 r h c r n a sr e i s a s p n a s s f gn a p g

: a r n e n uni fc r, d s s tapi t nad r p c i pout nd cs sh i t e adt f etlat sa r s s p l ao n o etn rdco,i us ed - us hi l a o d eei ci p s i s et f ? Ke r sLae-n u e r csig S ra e df ain A pi t n ywo d: sr id cdp oes; u fc n mo i c t; p l ai i o c o

中图分类号：H1文献标识码： T 6 A

1引言 早在上个世纪六十年代人们就发现了激光脉冲可以产生

冲击波，究表明，研随这冲击波持续作用，以在金属表层产生压应可

激光冲击强化使表层产生微小塑l生拉伸变形，强化后材料弹性恢复产生残余压应力，如图 4所示。研究表明，激光冲击强化铝合金 后，小约为材料屈服强度 (0 8 )残余压应力可以深入材大 7~ 0%的料表层 ( - ) m, 12 m因此材料的耐疲劳强度和寿命远远高于机械喷丸和深滚压技术。

力，其值远远高于材料屈服强度…随后美国和法国都先后利用激，光冲击波效应对材料进行表面改性，以取代传统的喷丸和深滚压 技术，就足激光冲击强化技术。这

2激光诱导的冲击波机理 当激光辐射靶材时，如果激光能量超过一定阈值，靶材表层迅速吸收激光能量发生汽化产生等离子体，等离子膨胀爆炸从而诱导出冲击波，诱导方法可以分为两类：非约束型和约束型，如图12、所示。非约束诱导是指让等离子体不受外界约束自由向四周膨胀。 而约束类诱导是在成形工件和工件表面增加透明约束层 (:如流水、9 K玻璃 )抑制爆炸产生的等离子层向外扩散，,使之产生的冲 山波全部作用于工件，高冲击波的压力 (般可提高十倍 )提一口 L e as rpu s le

冲

/,

壶 \ 金属靶材

图 3激光冲击强化示意图

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图 4激光冲击强化

图 1非约束型诱导冲击波

图 2约束型诱导冲击波

与传统的机械处理方法相比，激光冲击强化后粗糙度远远低于机械喷丸铝合金紧固件的磨损疲劳强度可以提高两倍；;激光

3激光冲击强化

板均 4 1,激光冲击强化技术是高功率密度( w,、 G c )短脉冲(s的激冲击强化后，料产生密集、匀以及稳定的位错结构[位错密 m n)光束与物质相互作用产生强冲击波来改变材料表面物理及机械度增高，使材料屈服强度提高，并阻碍了位错的运动，增大了裂纹性能的技术。图 3所示，光冲击强化示意图，激光诱导冲击产生的阻力，如激在不锈钢的应力腐蚀开裂问题可以通过激光冲击强化

波(见图 2产生后， )迅速膨胀的等离子体被限制在金属表面和约处理，且奥氏体钢比马氏体钢效果更明显残余压应力使试样表；距离试样表层越远，硬化程度越小。激

光冲击强化束层之间，产生一个向试样内部传播的强冲击压缩波。,该冲击层产生硬化， 压缩波对靶材正面产生强化作用。

后，材料的微观组织得到改善，耐腐蚀性能和疲劳强度提高，有效

激光冲击强化类似于弹丸喷丸，只是把弹丸换作激光脉冲。地改善了材料的综合机械性能 。 ★来稿 E期：0 9 0— 4 t 20— 60

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