第２７卷第６期应用激光Ｖ０１．２７，Ｎｏ．６２００７年１２月

ＡＰＰＬｌＥＤＬＡｓＥＲ

Ｄｅｅｅｍｂｅｒ２００７

激光喷丸强化６０６１一Ｔ６铝合金板料的表面完整性研究＊

黄舒，

周建忠，

孙月庆，

陈毅彬，蒋素琴

（江苏大学机械＿丁－程学院，江苏镇江２１２０１３）

提要采用数值模拟和实验相结合的方法研究了６０６１一Ｔ６航空铝合金板料经激光喷丸强化后表面形貌、表面粗糙度、表面硬度、残余应力、表面显微组织结构等表面完整性的变化。结果表明：激光喷丸后，试样表面喷丸区域的粗糙度降低；激光喷丸过程中冲击波诱导表面显微组织发生变化，位错密度增加，从而使得硬度增加，表面抗塑性变形能力得到提高；受喷板料正反两面均呈现残余压应力分布，最大残余应力值位于喷丸区域表面，厚度方向残余压应力随深度增加而逐渐减小。数值模拟得到的表面微凹坑截面轮廓及残余应力分布与实验结果相一致，表明可以用数值模拟方法对表面完整性进行预测。为激光喷丸过程参数优化和表面质量有效控制提供依据。关键词

表面完整性；

激光冲击强化；

残余应力；

数值模拟

中图分类号：ＴＮ２４９文献标识码：Ａ

Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ

ＳｕｒｆａｃｅＩｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆ６０６ｔ—Ｔ６Ａｌｕ．ｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＳｈｅｅｔａｆｔｅｒＬａｓｅｒＳｈｏｔＰｅｅｎｉｎｇＨｕａｎｇＳｈｕ，

Ｚｈｏｕ

Ｊｉａｎｚｈｏｎｇ，ＳＵｎＹｕｅｑｉｎｇ，

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ＪｉａｎｇＳｕｑｉｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ

ｏ／ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，，ｉａｎｇｓ“掣Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＺｈｅｎＪｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ

２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ

ａｒｅ

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ｔｏ，ｓｔｕｄｙｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈ

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ｔｏ—

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ａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｉｌｃｔｕｒｅｏｆｓｕｒｆａｃｅ

Ｏｉｌ

６０６１一Ｔ６ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｈｅｅｔａｆｔｅｒｌａｓｅｒｓｈｏｔ

ｐｅｅｎｉｎｇ（ＬＳＰ）．Ｔｈｅｒｅｓｕｋｓｉｎｄｉｃａｔｅ

ｔｈａｔｔｈｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｂａｓｅａｆｔｅｒＬＳＰ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔ

ｓｈｏｃｋｗａｖｅｓｉｎｄｕｃｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｓ

ｎｅａｒ

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ｃａｎ

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ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

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Ｓｕｒｆａｃｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙ；ｌａｓｅｒｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇ；

ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ；

ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ｌ

引言

善表面完整性来提高材料抗疲劳、抗应力腐蚀以及金属零件表面是与外界直接接触，并在各种应

磨损的能力。激光喷丸强化作为一项先进的表面改力作用下发生物理、化学现象的区域。导致金属零性技术，其利用高功率密度（＞１０９Ｗ／ｃｍ２）、短脉冲件失效的磨损和腐蚀绝大部分发生在材料表面．因（几十纳秒）的强激光束替代有质弹丸，冲击金属板此零件整体的强度高低或疲劳性能的优劣与金属表料表面诱导的高幅冲击波压力，使板料发生屈服和面完整性有着较为密切的关系，表面完整性的好坏塑性变形，同时在喷丸区域呈现高位错密度和有益是评定制造工艺是否先进的依据之一［Ｉ’２］。

的残余压应力分布，从而有效地提高金属零件的使表面完整性是指表面形貌、表面粗糙度、表面硬用性能Ｅ３＿ｊ。

度、残余应力、表面显微组织结构等内在表面状态的由于激光喷丸过程涉及激光诱导等离子体的产完好程度。金属材料表面改性的主要目的是通过改

生、冲击波的传播和衰减、材料的动态塑性变形和残

’国家自然科学基金项目（项目编号：５０６７５０９０，５０４７５１２７）；江苏省自然科学基金（项目编号：ＢＫ２００４０６３）；教育部科学技术研究重点项目（项目编号：２０４０５２）

收稿日期：２００７—０８—２８－——４５０－－——