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机械制造领域顶刊International Journal of Machine Tools and Manufacture发表鲁金忠课题组长篇综述

发布时间:2023-08-10 浏览量:

近日,机械制造领域顶刊International Journal of Machine Tools and Manufacture发表了皇冠游戏官方网站机械工程学院鲁金忠教授课题组的长篇综述“Progressive developments, challenges and future trends in laser shock peening of metallic materials and alloys: A comprehensive review”。全文共60页、4万余字、综合大图60幅、349篇参考文献,是目前有关激光冲击强化理论、技术及应用篇幅最长、涵盖内容最广,基于团队近二十年研究工作及相关课题组特色工作综述而成。

航空制造业被誉为“工业之花”,其制造能力是国家核心竞争力,疲劳破坏是制约航空复杂构件寿命和安全性的重要因素。激光冲击强化(Laser shock peening, LSP)是极端条件下的表面剧烈塑性变形方法之一,具有高压、高能、超快及超高应变率四大显著特点,通过激光诱导的冲击波在金属材料表层产生更深的压缩残余应力场,形成梯度纳米结构,从而材料提升的抗腐蚀和疲劳性能。目前,LSP广泛应用于航空航天、轨道交通、海洋工程、核电等领域。

该综述全面介绍了过去二十年金属材料LSP诱导的微观结构演变规律、残余应力变化、力学性能和腐蚀性能的影响,总结了金属材料力学性能与LSP工艺参数之间的关系模型,首次完整地提出并形成了三种晶体结构(FCC、HCP和BCC)、四种类型晶粒细化(原位纳米化)机制。此外,论文介绍了近年发展起来的能场辅助LSP技术、冲击波新工艺,以及典型工程应用。最后,对LSP技术在多能场制造、柔性制造、智能制造和成型等方面面临挑战和未来趋势进行了分析和展望。研究形成了如下重要结论:

(1)与传统的表面严重塑性变形技术相比,LSP是一种新型、前景广阔、无损的表面塑性变形技术,在金属和和合金表层能产生超过1mm深的残余压应力场,形成梯度纳米结构,通过剧烈塑性变形的裂纹闭合效应,有效抑制表面裂纹萌生和微裂纹的扩展。

(2) 系统地呈现了面心立方、六方密排和体心立方(FCC、HCP和BCC)三种晶体结构金属的LSP诱导的位错运动、孪晶交叉、马氏体相变等为主的原始粗晶细化过程,在此基础上,首次提出了三种晶体结构四种类型的晶粒细化(纳米化)机制。

(3)利用温度场、电场、力场等辅助能量场的优势,发展了新型能量场辅助LSP技术,例如复合LSP技术(X-LSP)、组合LSP技术(X+LSP或LSP+X),以及集成LSP技术(3D-LSP)。

(4)未来10-20年LSP技术面临挑战和未来趋势主要体现在:①能场辅助LSP理论及技术;②柔性LSP制造及成型工艺;③数字化或智能LSP技术及装备;④新型材料激光冲击波微观响应;⑤考虑LSP的全生命周期设计制造技术。

(5)尽管LSP技术在航空航天、核电等领域有典型的工程应用,但其应用的广度和深度需进一步推进,其高效、稳定、可靠性以及智能化还需进一步探索和加强。未来,LSP理论和技术的快速发展会更大范围、更大规模地促进其商业价值,成为激光先进制造技术中不可或缺的重要组成部分。(机械工程学院)

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2023.104061