本发明专利技术涉及一种残余压应力饱和的激光冲击强化方法，包括：获取泊松比、动态屈服强度、材料与水的折合阻抗、吸收保护层的激光能量吸收系数，确定激光功率密度参数范围，在部件表面贴覆吸收保护层，并施加去离子水流，激发脉冲激光，以对部件进行第一次激光冲击强化处理，确定第一平均表面残余压应力，对部件进行服役条件试验，确定表面残余压应力变化率，若各位点的表面残余压应力变化率均小于或等于预设变化率阈值，确定第二平均表面残余压应力，确定残余压应力松弛率，若n次服役条件试验下残余压应力松弛率小于或等于预设松弛率阈值，对与待处理部件相同的其他金属件交替进行n次激光冲击强化处理和n‑1次服役条件试验。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光冲击强化，具体涉及一种残余压应力饱和的激光冲击强化方法。
技术介绍
1、激光冲击强化(laser shock peening,lsp)是一种表面塑性强化技术，其原理为：当短脉冲(ns级)、高功率(gw/cm2级)激光辐照金属表面，表面涂覆的吸收保护层(铝箔、黑漆等)迅速吸收激光能量而发生爆炸性气化，产生稠密的高温、高压等离子体；等离子体继续吸收激光能量而向外膨胀，形成高压等离子体冲击波，在约束层(水、玻璃等)约束下作用于材料表面并向内部传播；当冲击波压力超过材料的动态屈服强度，材料发生动态塑性变形。该方法利用短脉冲、高功率激光诱导高压等离子体冲击波的力学效应，使金属材料表层发生塑性变形，形成毫米级、梯度分布的残余压应力场，残余压应力可有效抵消工作拉应力、抑制疲劳裂纹萌生、减缓疲劳裂纹扩展，从而显著提升金属材料的疲劳性能。
2、但是，激光冲击强化金属部件在实际服役条件下工作时，受疲劳交变载荷、热应力载荷等因素的影响，残余压应力会迅速发生大幅度松弛，松弛程度甚至达到60％以上，这部分松弛的残余压应力对金属部件疲劳性能没有起到作用，在服役条件下的残余压应力稳定部分才是疲劳性能提高的作用因素。然而，由于金属材料塑性变形屈服强度限定，残余压应力不可能无限增大，所以通过增大残余压应力整体水平而提高稳定部分幅值是不可行的。因此，如何提升金属部件激光冲击残余压应力的稳定性至关重要，亟需一种激光冲击强化方法，以在相同残余压应力水平下更加有效地提高金属部件的疲劳性能。
技术实现思路</p>1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种残余压应力饱和的激光冲击强化方法，以在相同残余压应力水平下更有效地提高金属部件的疲劳性能。
2、为实现上述目的，本申请的技术方案如下：
3、本申请提供一种残余压应力饱和的激光冲击强化方法，获取待处理部件所采用的材料的泊松比、动态屈服强度、所述材料与水的折合阻抗及吸收保护层的激光能量吸收系数；
4、根据所述泊松比、动态屈服强度、激光能量吸收系数及折合阻抗，确定激光功率密度参数范围；
5、在所述部件表面贴覆所述吸收保护层，并施加去离子水流，以形成水约束层，激发脉冲激光，以对所述部件进行第一次激光冲击强化处理，在所述第一次激光冲击强化处理过程中，激光功率密度在所述激光功率密度参数范围内；
6、获取第一表面残余压应力，所述第一表面残余压应力为经第一次激光冲击强化处理后的部件的强化区域的若干位点的表面残余压应力；
7、基于若干位点的第一表面残余压应力，确定第一平均表面残余压应力；
8、对所述部件进行服役条件试验；
9、获取服役条件试验过程中相邻两次循环后所述部件的所述若干位点对应的表面残余压应力；
10、基于所述相邻两次循环后部件的所述若干位点对应的表面残余压应力，确定表面残余压应力变化率；
11、若各位点的所述表面残余压应力变化率均小于或等于预设变化率阈值，基于相邻在后一次循环后所述部件的所述若干位点对应的表面残余压应力，确定第二平均表面残余压应力；
12、基于所述第一平均表面残余压应力及第二平均表面残余压应力，确定残余压应力松弛率；
13、以此类推，采用相同方法继续进行激光冲击强化处理-服役条件试验-残余应力测试步骤，直至第n次强化次后，若n次服役条件试验下残余压应力松弛率小于或等于预设松弛率阈值，对与所述待处理部件相同的其他金属件交替进行n次激光冲击强化处理和n-1次服役条件试验，n为＞1的正整数。
14、在本申请的一示例性实施例中，确定激光功率密度参数范围，包括：
15、根据所述泊松比及动态屈服强度，确定许贡纽弹性极限；
16、根据所述许贡纽弹性极限、预设上限边界值及预设下限边界值，确定冲击波峰值压力范围；
17、基于所述冲击波峰值压力范围、激光能量吸收系数及折合阻抗，确定激光功率密度参数范围。
18、在本申请的一示例性实施例中，确定冲击波峰值压力范围，包括：
19、根据所述许贡纽弹性极限及预设上限边界值，确定冲击波峰值压力上限阈值；
20、根据所述许贡纽弹性极限及预设下限边界值，确定冲击波峰值压力下限阈值；
21、基于所述冲击波峰值压力上限阈值及冲击波峰值压力下限阈值，确定冲击波峰值压力范围。
22、在本申请的一示例性实施例中，所述吸收保护层采用黑色胶带。
23、在本申请的一示例性实施例中，所述水约束层的厚度为1～2mm。
24、在本申请的一示例性实施例中，采用x射线衍射法获取经第一次激光冲击强化处理后的部件的强化区域的若干位点的第一表面残余压应力。
25、在本申请的一示例性实施例中，所述预设松弛率阈值≤10％。
26、如上所述，本专利技术具有以下有益效果：
27、本申请通过获取待处理部件所采用的材料的泊松比、动态屈服强度、材料与水的折合阻抗及吸收保护层的激光能量吸收系数，根据泊松比、动态屈服强度、激光能量吸收系数及折合阻抗，确定激光功率密度参数范围，在部件表面贴覆吸收保护层，并施加去离子水流，以形成水约束层，激发脉冲激光，以对部件进行第一次激光冲击强化处理，获取第一表面残余压应力，基于若干位点的第一表面残余压应力，确定第一平均表面残余压应力，对部件进行服役条件试验，获取服役条件试验过程中相邻两次循环后该部件的该若干位点对应的表面残余压应力，基于相邻两次循环后该部件的该若干位点对应的表面残余压应力，确定表面残余压应力变化率，若各位点的表面残余压应力变化率均小于或等于预设变化率阈值，基于相邻在后一次循环后该部件的该若干位点对应的表面残余压应力，确定第二平均表面残余压应力，基于第一平均表面残余压应力及第二平均表面残余压应力，确定残余压应力松弛率，以此类推，采用相同方法继续进行激光冲击强化处理-服役条件试验-残余应力测试步骤，直至第n次强化后，若n次服役条件试验下残余压应力松弛率小于或等于预设松弛率阈值，对与待处理部件相同的其他金属件交替进行n次激光冲击强化处理和n-1次服役条件试验，即本申请通过将残余压应力不稳定部分尽可能降低，同时将参与压应力稳定部分的占比尽可能提高，进而在相同残余压应力水平下更有效地提高金属部件的疲劳性能。
28、与现有激光冲击强化方法相比，本专利技术通过模拟服役条件试验获得金属部件激光冲击表面残余压应力的松弛规律，建立残余压应力松弛率与多次强化的关联关系，针对性制定激光冲击强化方法，可实现金属部件激光冲击残余压应力的饱和性预制，基于确定好的激光冲击强化工艺方法对金属部件进行处理，能够更加显著提高其疲劳性能。
29、本专利技术的方法原理简单，可操作性强，工程适用性强，适用范围广。
30、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
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【技术保护点】
1.一种残余压应力饱和的激光冲击强化方法，其特征在于，所述激光冲击强化方法包括：
2.根据权利要求1所述的激光冲击强化方法，其特征在于，确定激光功率密度参数范围，包括：
3.根据权利要求2所述的激光冲击强化方法，其特征在于，确定冲击波峰值压力范围，包括：
4.根据权利要求1所述的激光冲击强化方法，其特征在于，所述吸收保护层采用黑色胶带。
5.根据权利要求1所述的激光冲击强化方法，其特征在于，所述水约束层的厚度为1～2mm。
6.根据权利要求1所述的激光冲击强化方法，其特征在于，采用X射线衍射法获取经第一次激光冲击强化处理后的部件的强化区域的若干位点的第一表面残余压应力。
7.根据权利要求1所述的激光冲击强化方法，其特征在于，所述预设松弛率阈值≤10％。
【技术特征摘要】
1.一种残余压应力饱和的激光冲击强化方法，其特征在于，所述激光冲击强化方法包括：
2.根据权利要求1所述的激光冲击强化方法，其特征在于，确定激光功率密度参数范围，包括：
3.根据权利要求2所述的激光冲击强化方法，其特征在于，确定冲击波峰值压力范围，包括：
4.根据权利要求1所述的激光冲击强化方法，其特征在于，所述吸收保护层采用黑...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂祥樊，李阳，李世茜，李鸿柄，何卫锋，姜楠，王亚洲，崔儒滨，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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