【摘 要】
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以2024-T4铝合金为研究材料,利用电流的电致塑性效应与激光冲击复合,提出一种新型金属材料强化方式,论文针对实际工程应用中电流设备、激光设备功率不足和工件需要局部处理等问题,设计了一种能在局部区域汇聚高密度电流的通电装置,并能与激光冲击很好的配合完成复合强化。论文对不同处理方式下的铝合金试样进行显微硬度、残余应力、断口形貌和微观组织的测试、观察和分析,进行复合强化效果研究,其主要工作和结论如下:
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以2024-T4铝合金为研究材料,利用电流的电致塑性效应与激光冲击复合,提出一种新型金属材料强化方式,论文针对实际工程应用中电流设备、激光设备功率不足和工件需要局部处理等问题,设计了一种能在局部区域汇聚高密度电流的通电装置,并能与激光冲击很好的配合完成复合强化。论文对不同处理方式下的铝合金试样进行显微硬度、残余应力、断口形貌和微观组织的测试、观察和分析,进行复合强化效果研究,其主要工作和结论如下:（1）试验采用了不同通电方式的复合强化实验,即普通通电方式下激光冲击（ELSP1）、集流通电方式下激光冲击（ELSP2）、电流方向与激光方向平行方式下激光冲击（ELSP3）。试验结果认为,三种不同通电方式下的复合强化较单一激光冲击强化有着更好的效果,并且ELSP2的效果优于ELSP1,该装置能更好的汇聚电流密度以提高强化效果;同时ELSP3的效果优于ELSP1,复合强化效果对电流方向有敏感性,电流方向与激光方向平行时强化效果更优。（2）激光冲击后表面硬度为143HV,较未处理表面（105HV）提升36.2%,复合强化后表面硬度随着电流密度的增加而增加,20A/~2时表面硬度较未处理表面提升50.5%,为158HV,40A/~2时表面硬度较未处理表面提升71.4%,为180HV;复合强化在深度方向上也能提高显微硬度值,40A/~2时在1.5mm深处也能保持120HV的硬度值;同一电流密度（20A/~2）下,当电流方向与激光方向平行时,复合强化对表面显微硬度以及深度方向上显微硬度都有略微提升,与非平行状态下的158HV相比较,表面显微硬度提升了3.9%,深度方向上显微硬度也平均提升了7.6%。（3）激光冲击后表面残余压应力平均值为-161.1MPa,通电复合强化后表面残余压应力进一步提升,并且随着电流密度的增加而增加,20A/~2时提升10.7%,为-178.4MPa,40A/~2时提升40.5%,为-226.3MPa;在压应力的深度上,激光冲击产生的压应力层深为0.75mm～1mm,而复合强化中,20A/~2时深度为1mm～1.25mm,40A/~2深度约为1.5mm;同一电流密度下（20A/~2）,当电流方向与激光方向平行时,复合强化对残余压应力及压应力深度都有提升,与非平行状态下的-178.4Mpa相比较,表面残余压应力提升了4.9%,压应力的深度增加了约0.2mm。（4）激光冲击过后晶粒尺寸细化约至50μm,经过复合强化后,晶粒尺寸进一步细化,电流密度为20A/~2,晶粒尺寸约为35μm,电流密度为20A/~2,晶粒尺寸约为20μm;电流密度为20A/~2时,且电流方向与激光方向平行时,晶粒尺寸为30μm。同时XRD图谱中（200）衍射晶面的半峰全宽增加,也说明复合强化后晶粒细化程度更高,并且电流方向与激光方向平行时,位错密度与晶粒细化程度有略微提升。（5）通过观测不同处理方式下铝合金试样的断口形貌,发现原始铝合金的断裂形式主要为韧性断裂,激光冲击强化后存在一部分脆性断裂的趋势,铝合金的塑性降低,而复合强化由于脉冲电流的作用,使得激光冲击后塑性有略微的提升,在一定范围内电流密度越高,提升越明显;同时第二相粒子变化的趋势也说明复合强化有抑制裂纹和促进位错的作用。
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