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原文传递激光温喷丸改善A356铝合金力学性能及其热稳定性的机理与实验

论文题名：	激光温喷丸改善A356铝合金力学性能及其热稳定性的机理与实验
关键词：	激光温喷丸;动态应变时效;热稳定性能;微观组织;断裂机制;铝合金
摘要：	A356铝合金是汽车轮毂、轴承、发动机缸盖及滑块常用的材料之一。但其力学性能较差，且在高温(＞180℃)下不稳定，易发生疲劳破坏和高温摩擦磨损等失效形式。如何提高其力学性能并保证所提高的力学性能在高温和循环载荷下具有良好的稳定性能，是A356铝合金应用中的主要问题之一。本文采用理论与实验相结合的方法，开展激光温喷丸强化(WarmLaserPeening-WLP)改善A356铝合金力学性能及其热稳定性能的机理与实验研究，主要工作如下: 　　 (1)在常温激光喷丸强化(LaserPeening-LP)机理与动态应变时效强化机理的基础上，从应力强化及微观组织强化两个层面分析了激光温喷丸的强化机理;从位错理论出发，建立起基于位错机制的激光温喷丸动态应变时效模型和基于热力耦合作用下激光温喷丸诱导的位错密度模型;将温度效应考虑进去，建立起激光温喷丸诱导的塑性变形层深度、塑性应变估算模型及表层残余压应力估算模型;分析了影响激光温喷丸强化效果的主要因素，得到了适合激光温喷丸的耐高温吸收层、约束层及实验温控装置设计要点;最后基于耐热铝合金微观强化机理，分析了激光温喷丸提高铝合金力学性能及其热稳定性的强化机理。为本文后面的实验提供理论支撑及参考。　　 (2)利用SpitLight2000型激光器及自行设计的温控装置对A356铝合金进行不同激光能量与基体温度的激光温喷丸实验，并确定较优激光温喷丸工艺参数组合。采用X射线应力测定仪及显微硬度测量仪对试样表面残余应力、深度方向的显微硬度进行了测试与分析，研究了基体温度与激光能量对激光温喷丸诱导的残余压应力及显微硬度的影响;在上述实验结果基础上，综合残余应力、显微硬度及加工硬化层深度进行综合考虑，确定本实验的较优激光温喷丸工艺参数组合及A356铝合金发生动念应变时效温度上限。　　再利用X衍射仪、光学电镜及SEM对经较优激光温喷丸工艺组合参数处理后试样的微观组织（表面位错密度、晶粒大小以及表面Si颗粒形貌、分布与尺寸）进行了测试与观察，分析了激光温喷丸对材料表层微观组织的影响。　　 (3)利用DGH-9030A型电热鼓风干燥箱对经较优激光温喷丸加工组合参数处理的试样及对照组试样进行了高温保持实验。通过对比分析高温保持处理前后各试样的表面残余压应力及其影响层深度、显微硬度与微观组织的变化，研究了激光温喷丸对材料热稳定性能的影响，并从微观层面上分析了激光温喷丸改善材料热稳定性能的强化机理。　　 (4)在MTS-809拉-扭复合测试系统上对经较优激光温喷丸加工参数处理的试样及对照组试样进行室温、高温拉伸实验，测试室温、高温拉伸后各试样的抗拉强度及屈服强度，通过与对照组进行对比分析，研究了激光温喷丸对材料室温、高温力学性能的影响，分析了激光温喷丸改善材料力学性能及其热稳定性的微观强化机理;并采用SEM与EDS对室温、高温拉伸后的断口形貌及物相进行了观察与测试，分析了各试样断口处的韧窝尺寸、形貌及深度、物相成分，并研究了其断裂机制;并通过对比分析，研究了激光温喷丸改善A356铝合金断裂韧性及断裂方式的强化机理。
作者：	谢小江
专业：	机械制造及其自动化
导师：	周建忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文