激光冲击强化的概念和特点
激光冲击强化是利用大功率短脉冲激光在极短时间内发出的冲击波对材料进行辐照,将材料表面迅速加热到气化温度,突然气化导致极高的压应力,使材料表面发生塑性变形,形成密集的位错、空位和空位团,从而改变材料表面的组织和力学性能,提高材料表面硬度、抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能。
激光辐照材料表面会产生热效应和力学效应。随激光强度不同,激光与材料相互作用机理不同,产生的现象不同,激光冲击强化主要利用了高压力学效应,以形成光致等离子体为主,具有非接触、无热影响区及强化效果显著等特点。激光冲击强化一般采用钕玻璃、红宝石和YAG大功率激光器,功率密度大于109 W/cm2,脉冲宽度为纳秒量级。
激光冲击强化的优势主要有:
① 冲击压力高。高压使材料表面产生塑性变形层,强化深度达到1mm -2mm.形成的残余压应力层是机械喷丸的2倍,显著提高了零件的寿命。
② 激光能够精确控制和定位从而能加工传统工艺无法处理的部位,如沟槽、小孔以及轮廓线等。残余压应力大小和深度可以精确可控。
③ 无机械损伤,与传统的强化工艺如喷丸、冷挤压相比,激光冲击强化后的金属表面不产生畸变和机械损伤。
④ 无热应力损伤,由于激光脉冲短,只有几十纳秒,激光与材料表面作用时间短,大部分能量被吸收层吸收,传到材料表面的热量很少,不会产生相变。
⑤ 激光冲击强化的材料范围广,如碳钢、合金钢、不锈钢、可锻铸铁、球墨铸铁、铝合金、钛合金及镍基合金等。
⑥ 激光冲击强化对表面粗糙度无影响,不改变零件表面的精度和性能。
⑦ 工艺简单,对零件表面无污染。
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