基于有限元仿真的激光冲击调控镍基高温合金熔覆层残余应力研究OA

目的揭示激光冲击诱导应力波调控镍基高温合金熔覆层残余应力的作用机制及变化规律。方法基于热-力顺序耦合等方法建立激光熔覆(LC)与激光冲击强化(LSP)复合工艺有限元模型,并采用表面平均残余应力(σ_(avg))、残余应力波动幅值(Δσ)及残余压应力深度(h_(avg))对熔覆层残余应力分布特征进行表征。结果在本文工艺条件下,熔覆层残余应力以拉伸应力为主,最大为809 MPa。经LSP处理后,熔覆层应力出现释放与重构,表面及次表面均形成了压缩应力。此外,增加峰值压力P_(max)(由2.6 GPa至4.4 GPa)、脉宽τ(由6 ns至22 ns)和搭接率β(由0%至80%),均可获得较高水平的σ_(avg)(分别由274 MPa转变至-455 MPa、198 MPa转变至-397 MPa、21.5 MPa转变至-204 MPa)和较大的hav(g分别由0 mm增至0.4 mm、0 mm增至0.47 mm、0.03 mm增至0.4 mm);表面残余应力均匀性则随P_(max)的增加而降低(Δσ由61 MPa增至188 MPa),随τ的增加出现先降低后波动振荡的变化趋势(Δσ由59 MPa增加至249 MPa),随β的增加而增加(Δσ由440 MPa降低至27 MPa)。结论LC过程会产生高幅值的拉应力,而LSP通过诱发表层材料发生高应变率梯度塑性变形,形成稳定有益的压缩残余应力场。通过合理优化LSP工艺参数可实现较高幅值、具有一定深度且分布均匀的压缩残余应力层。