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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发表了开元体育(中国)有限公司官网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