北航《JMST》：新型電弧增材鋁合金強韌化策略！激光沖擊強化與熱處理復合制造(2)
時間：2024-05-30 08:39 來源：材料科學與工程 作者：admin 閱讀：次
通過研究距離表面不同深度位置顯微硬度、殘余應力和拉伸性能，揭示了LSP、LSP+退火樣品中存在力學性能梯度分布特征，具有由表面硬化層和內部軟化層組成的“硬-軟-硬”復合結構。
圖5 沿深度方向梯度力學性能表征特征：（a）硬度分布；（b）殘余應力分布；（c，d）不同深度拉伸性能
LSP樣品的屈服強度、抗拉強度和伸長率分別為194.3MPa（較沉積態提高46%）、350.9MPa（提高23%）和15.1%（降低8%）。經退火后，屈服強度（158.3MPa）和抗拉強度（294.2MPa）降低，伸長率顯著提升（27.2%）。
圖6 沉積態、LSP和LSP+退火樣品拉伸性能：（a，b）拉伸性能結果；（c）當前研究工作拉伸性能與常見強化方法對比
無缺陷區增加了增材樣品的實際承載面積，殘余壓應力可緩解殘留氣孔周圍的應力集中，阻礙裂紋的萌生和擴展；近表面區域由于顯著的位錯強化和LAGBs強化形成了高強度硬化層，從而顯著提高樣品的整體強度。表面硬化層與內部軟化層在拉伸變形過程中的協同變形有利于提高樣品整體的位錯存儲能力，從而提高樣品的塑性。
圖7 LSP+退火工藝對WADED鋁合金強度提高機理示意圖
明顯的無缺陷區和微觀組織演變需要采用高功率密度激光或多次LSP進行表面強化，以保證在樣品表面產生足夠的表面塑性變形；但同時帶來加工硬化，一定程度降低樣品塑性。通過退火工藝，消除過量位錯和LAGBs，同時保持無缺陷區和梯度微觀組織，從而恢復塑性。通過平衡LSP硬化和退火軟化可實現WADED鋁合金構件強度與塑性協同提升。
圖8 基于平衡LSP與退火作用的強塑性協同提升策略
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
(責任編輯：admin)
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