0. 小引
大多量金属零件失效源于其名义,名义强化工艺不错有用改善金属名义圆善性,提高零件力学性能。常用的名义强化工艺有喷丸强化[1]、超声滚压强化[2]、超声冲击强化[3]、激光冲击强化[4-5]等。其中,激光冲击强化（LSP）具有峰值压力高、应变速度大和生动性好等优点,其通过训导金属名义塑性变形来改善微不雅结构,引入残余压应力,从而显贵提高金属零件的抗疲顿性[6]、耐磨性[7]、耐腐蚀性[8],因此获取了凡俗疗养。
然则,关于难变形材料,激光冲击强化工艺引入的残余压应力影响层深度有限。为处置这一问题,一些学者提议增添热效应扶持提高材料塑性来提高激光冲击强化成果的要道[9-10]。YE等[11]以AISI 4140钢为考虑对象,提议了以加热板为热源的高温扶持激光冲击强化（WLSP）手艺,WLSP手艺肃清了应变时效和动态析出效应,能在提高教练材料塑性的同期产生新的千里淀相,有用提高了残余压应力稳固性,从而增强了抗疲顿性。然则,袭取传统加热板为热源进行高温扶持时,其加热生动性差、效用低,况且需要使用高温易破碎的玻璃四肢按捺层,无法用于曲面加工。激光四肢一种局部加热神态,能量密度高,能在短时候内对光斑区域杀青快速精确加热[12]。周建东等[13]研发了一种硬脆材料用高功率集会激光扶持加热+高功率脉冲激光喷丸强化处理相肃清的要道及配套安设,袭取胡耀武等[14]在脉冲激光强化的基础上增添多束低功率蓝光半导体激光扶持加热,相较于传统激光冲击强化增强了材料的疲顿性能和断裂韧性。
袭取激光对强化面进行扶持加热时受按捺层影响其加热成果不彰着。后面集会激光加热不仅不错杀青使用流动水四肢按捺层,还能增强热效应,加多热影响层厚度。现在,干系后面集会激光扶持激光冲击强化成果的考虑彰着不及。为此,作家袭取高能激光束局部加热试样后面+脉冲激光冲击强化试样正面的要道对TC4钛合金板进行名义强化处理,以未强化和传统激光冲击强化试样为对比,考虑了不同集会激光功率下试样温度、物相、硬度和名义及深度方针残余应力散播。
1. 试样制备与教练要道
教练材料为退火态TC4钛合金轧制板材,尺寸为1 000 mm×800 mm×2 mm,由宝鸡福瑞隆新材料科技发展有限公司提供,化学因素（质料分数/%）为6.24Al,0.174Fe,4.34V,0.009C,0.000 6H,0.006N,0.141O。
在钛合金板上切取尺寸为30 mm×15 mm×2 mm的试样,试样正面次第经240#~2 000#砂纸打磨并进行超声波清洗后,袭取TRLi ST 850-10型Nd∶YAG脉冲激光器和YLR-200-MM-AC型集会波光纤激光器进行集会激光扶持激光冲击强化（AP-LSP）,强化区域如图1（a）所示。试样沿预设的扫描旅途挪动,脉冲激光和集会激光从两侧同轴永诀作用在试样正面和后面,如图1（b）所示。脉冲激光波长为1 064 nm,频率为1 Hz,脉宽为10 ns,激光能量密度为6 GW·cm−2,圆形光斑直径为1.0 mm,搭接率为50%,保护层为120 μm厚的铝箔,按捺层为流动水；集会激光波长为1 064 nm,圆形光斑直径为6 mm,功率为40~100 W。使用TCM-UA型热电偶和AT61P6X型红外测温仪监测试样正后面温度,测点在激光照掷中心区域。刚烈化前的试样和不进行集会激光扶持的脉冲激光冲击强化试样（工艺参数探讨）四肢对照。
图 1 集会激光扶持激光冲击强化区域及历程暗意
Figure 1. Area (a) and process (b) diagrams of continuous laser-assisted laser shock peening
袭取VK-X200K型激光共聚焦显微镜不雅察试样后面三维描绘并测试其名义省略度。袭取XRD-7000型X射线衍射仪（XRD）对试样正面进行物相分析,扫描电压为40 kV,扫描电流为30 mA,扫描速度为5 （°）·min−1,扫描界限在30°~90°。袭取HV-1000Z型显微硬度计测试试样正面显微硬度,载荷为0.98 N,保载时候为10 s。袭取AST-XL640型残余应力测试系统测试残余应力,铜靶,Kα射线,衍射角在135°~148°,测试电压为25 kV,电流为6 mA,准直管光斑直径为2 mm,应力常数为−277 MPa,测试晶面为{213}晶面,{213}晶面的X射线弹性常数�1{213}和12�2{213}永诀为−2.83×10−6,11.68×10−6 mm2·N−1,使用sin² Ψ法分析测试纵容。使用由4% HF+ 14% HNO3 + 82% H2O（体积分数）配制而成的溶液对试样进行电解剥层以测试不同深度的残余应力,使用配套的螺旋测微仪测量电解剥层深度,每次腐蚀10 s,每层测3点,直到残余应力为拉应力时拆伙教练。
2. 教练纵容与考虑
2.1 后面三维描绘和温度
由图2可见：集会激光扶持激光冲击强化前试样后面均呈集会迤逦招架的峰谷描绘,峰谷之间最大高度差为9.4 μm。蓄意可得不同试样的后面描绘相似,后面的名义省略度Ra均在0.94~0.99 μm,因此不错忽略后面省略度互异对集会激光接纳率的影响,觉得总共试样后濒临扶持加热的激光接纳率探讨。
图 2 集会激光扶持激光冲击强化前不同试样后面三维描绘
Figure 2. Three-dimensional morphology of back surface of different samples before continuous laser-assisted laser shock peening
由图3可见：跟着集会激光功率由40 W增大至100 W,试样后面温度从110 ℃提高至310 ℃,呈线性升高；正面温度通常呈飞腾趋势,但升温速度减小,最终正面温度稳固在90~95 ℃。这是因为试样正面除空气外还有流动水按捺层,跟着激光功率增大,正面温度与水温的温差增大,热流密度增大,单元时候内的传热热量增大,对流换热剧烈,是以正面温度升高趋势渐渐清闲。
图 3 集会激光扶持激光冲击强化试样正面和后面温度随集会激光功率的变化弧线
Figure 3. Chang curves of front (a) and back (b) temperature vs continuous laser power of continuous laser-assisted laser shock peening sample
2.2 物相构成
TC4钛合金中β相含量较少且散播零碎,XRD检测难以辘集对应峰。由图4可见：未强化和不同工艺激光强化试样的XRD谱中主要为α相衍射峰；比较未强化试样,激光冲击强化和集会激光扶持激光冲击强化试样的XRD谱中均无新峰出现,标明强化历程中的温度并未达到TC4钛合金的相变温度。
图 4 未强化、激光冲击强化和不同功率集会激光扶持激光冲击强化试样的XRD谱
Figure 4. XRD patterns of samples without strengtheming, laser shack peening and continuous laser-assisted laser shock peening uderd different power
2.3 名义硬度
由图5可见：未强化、激光冲击强化试样的正面硬度永诀为346.1,368.7 HV,不同功率集会激光扶持激光冲击强化试样的正面硬度在373.9~378.5 HV,功率的变化对硬度影响险些不错忽略不计。材料硬度主要受晶粒大小和位错密度的影响,激光冲击强化后试样正面上层位错密度增大,硬度提高；集会激光扶持会使试样温度升高,改善其塑性,从而提高强化成果,但由于温度提高幅度较小（100 ℃以下）,同期温度的升高也会加快位错脱色,因此集会激光扶持激光冲击强化试样的硬度相较激光冲击强化试样提高不彰着。
图 5 未强化、激光冲击强化和不同功率集会激光扶持激光冲击强化试样的名义显微硬度
Figure 5. Surface microhardness of samples at without strengtheming, laser shack peening and continuous laser-assisted laser shock peening uderd different power
2.4 残余应力
由图6可见：未强化试样、激光冲击强化试样和集会激光扶持激光冲击强化试样的名义残余压应力次第加多。未强化试样的残余压应力由磨抛引入；对其进行激光冲击强化后由于温度升高,材料软化,塑性变形才智提高,因此残余压应力加多；使用高能激光束在其后面进行扶持加热后,在激光冲击效应和加热效应的共同作用下材料的塑性变形才智更强,变形进度更大,使得残余压应力进一步增大。跟着集会激光功率加多,试样名义残余压应力先加多后减小,这是因为在流动水按捺层的冷却作用下,功率符合的激光不错在快速对试样进行精确局部加热的同期幸免试样举座温度提高而导致的硬度裁汰和残余应力开释,而激光功率过高则会使热量鸠集,使得试样举座处于较高温度,从而导致残余应力冒昧[15]。
图 6 不同处理态试样的残余应力沿深度方针散播
Figure 6. Residual stress distribution along depth direction of samples at different treatment states
未强化试样、激光冲击强化试样和集会激光扶持激光冲击强化试样的残余压应力影响层深度次第增大；跟着集会激光功率加多,残余压应力影响层深度先增后减,当集会激光功率为60 W时达到最大,为470 μm,比较激光冲击强化试样（370 μm）加多了100 μm。跟着距材料正面（强化面）距离加多,激光冲击波峰值压力渐渐衰减,训导塑性变形才智削弱；加多集会激光后面扶持加热后材料声阻抗减小,减缓了冲击波在材料里面的衰减,使得冲击波传播距离更远,或者训导更深处的材料发生塑性变形；然则,集会激光作用导致的残余应力加多和温度升高引起的残余应力冒昧存在竞争机制,激光功率过大时反而会使残余应力大小和影响层深度减小[15]。
3. 论断
（1）跟着集会激光功率增大,集会激光扶持激光冲击强化TC4钛合金试样后面温度呈线性升高,正面温度通常升高但升高趋势变缓,渐渐趋于安详,且强化历程中温度的升高未激发TC4钛合金相变。
（2）相较未强化和激光冲击强化试样,集会激光扶持激光冲击强化试样的正面硬度增大,但集会激光功率变化对硬度无显贵影响。
（3）相较未强化和激光冲击强化试样,集会激光扶持激光冲击强化试样的名义残余压应力和残余压应力影响层深度加多,况且二者均跟着集会激光功率加多呈先加多后减小的趋势,当集会激光功率为60 W时达到最大,永诀为431.4 MPa,470 μm。
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