北航《JMST》：新型电弧增材铝合金强韧化策略！激光冲击强化与热处理复合制造(2)

时间：2024-05-30 08:39 来源：材料科学与工程作者：admin 阅读：次

通过研究距离表面不同深度位置显微硬度、残余应力和拉伸性能，揭示了LSP、LSP+退火样品中存在力学性能梯度分布特征，具有由表面硬化层和内部软化层组成的“硬-软-硬”复合结构。

图5 沿深度方向梯度力学性能表征特征：（a）硬度分布；（b）残余应力分布；（c，d）不同深度拉伸性能

LSP样品的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为194.3MPa（较沉积态提高46%）、350.9MPa（提高23%）和15.1%（降低8%）。经退火后，屈服强度（158.3MPa）和抗拉强度（294.2MPa）降低，伸长率显著提升（27.2%）。

图6 沉积态、LSP和LSP+退火样品拉伸性能：（a，b）拉伸性能结果；（c）当前研究工作拉伸性能与常见强化方法对比

无缺陷区增加了增材样品的实际承载面积，残余压应力可缓解残留气孔周围的应力集中，阻碍裂纹的萌生和扩展；近表面区域由于显著的位错强化和LAGBs强化形成了高强度硬化层，从而显著提高样品的整体强度。表面硬化层与内部软化层在拉伸变形过程中的协同变形有利于提高样品整体的位错存储能力，从而提高样品的塑性。

图7 LSP+退火工艺对WADED铝合金强度提高机理示意图

明显的无缺陷区和微观组织演变需要采用高功率密度激光或多次LSP进行表面强化，以保证在样品表面产生足够的表面塑性变形；但同时带来加工硬化，一定程度降低样品塑性。通过退火工艺，消除过量位错和LAGBs，同时保持无缺陷区和梯度微观组织，从而恢复塑性。通过平衡LSP硬化和退火软化可实现WADED铝合金构件强度与塑性协同提升。

图8 基于平衡LSP与退火作用的强塑性协同提升策略

引用格式：Dai W, Guo W, Xiao J, et al. Tailoring properties of directed energy deposited Al-Mg alloy by balancing laser shock peening and heat treatment, J. Mater. Sci. Technol. 2024, 203: 78-96. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.03.051

(责任编辑：admin)

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