激光沖擊強(qiáng)化(Laser Shock Peening，LSP) 技術(shù)是利用強(qiáng)脈沖激光產(chǎn)生的沖擊波，從部件表面引入殘余壓應(yīng)力的一種革新且最熱門的表面強(qiáng)化技術(shù)。該技術(shù)在部件表面形成的殘余壓應(yīng)力深度比常規(guī)噴丸強(qiáng)化處理的深5~10倍，具有提高抗疲勞強(qiáng)度、延長疲勞壽命、抑制裂紋的形成與擴(kuò)展、提高抗微動(dòng)疲勞/抗磨損/ 抗應(yīng)力腐蝕斷裂特性等特點(diǎn)。經(jīng)過多年的開發(fā)與研究，美國于1997年將激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)成功應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇/ 壓氣機(jī)葉片，大幅度地提高了其抗外物損傷能力和高循環(huán)疲勞性能，并且于1998年美國研發(fā)雜志評為全美100項(xiàng)最重要的先進(jìn)技術(shù)之一，被美國軍方認(rèn)定為第4代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的80項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。2003年以來，該技術(shù)又應(yīng)用到F119發(fā)動(dòng)機(jī)等第4代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)整體葉盤上，目前正在研究應(yīng)用于包括激光難以進(jìn)入?yún)^(qū)域的航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤等部件上[1-4]。

激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)原理與特點(diǎn)

激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的原理，是采用短脈沖（幾十納秒）的強(qiáng)激光輻射金屬部件表面涂覆的約束層（如流動(dòng)的水等），并通過約束層作用于金屬表面涂覆的不透明涂覆層（如黑漆或膠帶），涂覆層吸收激光能量發(fā)生爆炸性汽化蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣體吸收剩余的激光產(chǎn)生快速膨脹的等離子流，限定在部件表面與約束層間的等離子流產(chǎn)生急速增大的高壓沖擊波，沖擊波產(chǎn)生的“冷作用”作用于金屬表面并向內(nèi)傳播，形成由塑性變形引發(fā)的殘余壓應(yīng)力[5-10]。當(dāng)沖擊波的峰值壓力超過被處理材料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度時(shí)，材料表層不產(chǎn)生應(yīng)變硬化，殘留很大應(yīng)力，同時(shí)微觀組織發(fā)生很大的變化，顯著提高材料的抗疲勞、耐磨損和防應(yīng)力腐蝕特性。

雖然與常規(guī)噴丸強(qiáng)化類似，激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)也是通過在金屬部件的表面產(chǎn)生有益的殘余壓應(yīng)力提高部件的抗疲勞與耐損傷特性，但是由于引入殘余壓應(yīng)力的方法不同，激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)處理的部件明顯優(yōu)于常規(guī)噴丸強(qiáng)化處理的部件。

（1）激光沖擊強(qiáng)化一般采用釹玻璃、YAG 及紅寶石的高功率脈沖式激光器。所產(chǎn)生激光的波長為1.054μm，脈沖寬度為8~40ns，脈沖能量達(dá)50J，激光點(diǎn)直徑為5~6mm，功率密度為5~10GW/cm2，這是常規(guī)的機(jī)械加工難以達(dá)到的。

（2）激光沖擊強(qiáng)化主要利用高壓力效應(yīng)，具有無滲入或沉積污染、非接觸、無熱影響區(qū)及強(qiáng)化效果顯著等特點(diǎn)。

（3）激光沖擊強(qiáng)化后部件的表面硬度通常比常規(guī)處理方法的高10%~50％，可以獲得極細(xì)的硬化層組織；硬化層深度通常為1~1.5mm，明顯深于利用噴丸強(qiáng)化處理的部件的硬化層深度[6-7]。

（4）激光沖擊強(qiáng)化能夠使部件的疲勞壽命明顯延長和抗疲勞強(qiáng)度提高。激光沖擊強(qiáng)化處理和噴丸強(qiáng)化處理的7075 － T7351鋁試樣試驗(yàn)結(jié)果表明，激光沖擊強(qiáng)化處理后部件的疲勞壽命延長1個(gè)量級，抗疲勞強(qiáng)度提高30%~50%。

（5）激光沖擊強(qiáng)化能夠提高高溫下殘余應(yīng)力的穩(wěn)定性。高溫對激光沖擊強(qiáng)化處理的Ti8Al1V1Mo殘余應(yīng)力釋放的影響。結(jié)果表明在高溫下暴露4h后，其殘余應(yīng)力沒有恢復(fù)。INCONEL718、Ti6Al4V 等其他一些材料在激光沖擊強(qiáng)化處理后也呈現(xiàn)相似的結(jié)果。

（6）激光沖擊強(qiáng)化能夠明顯延長部件的高循環(huán)疲勞強(qiáng)度，如圖1 所示。

（7）激光沖擊強(qiáng)化應(yīng)用范圍寬。其不僅對各種鋁合金、鎳基合金、不銹鋼、鈦合金、鑄鐵以及粉末冶金等均有良好的強(qiáng)化效果，還可以利用激光束的精確定位處理一些受幾何形狀約束而無法進(jìn)行噴丸處理的部位（如小槽、小孔和輪廓線等）。因而，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)、汽車制造、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋運(yùn)輸和核工業(yè)等領(lǐng)域。

（8）激光沖擊處理能對表面局部區(qū)域進(jìn)行沖擊強(qiáng)化且可在空氣中直接進(jìn)行，因而具有對工件尺寸、形狀及所處環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，工藝過程簡單，控制方便且靈活等特點(diǎn)。#p#分頁標(biāo)題#e#