高温服役材料激光冲击强化技术(任旭东著)思维导图
机械工程材料知识点思维导图复习资料-改善材料性能的热处理、合金化及改性
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20XX年X月
改善材料性能的热处理、合金化及改性
⒈掌握概念： P、S、T、B、M、S回、T回、M回、、完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、正火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、渗碳、调质。
⒉掌握金属材料在加热与冷却过程中的主要变化
⑴钢在加热时的转变（奥氏体的形成）
⒈）转变温度
共析钢：加热超过PSK线（A1）时，完全转变为奥氏体，平衡状态下亚共析钢：必须加热到GS线（A3）以上
过共析钢：必须加热到ES线（A CM）以上，才能全部获得奥氏体。
⒉）奥氏体的形成：晶核形成、晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化四个基本过程。
⒊）影响奥氏体转变的因素
①加热温度：提高加热温度，加速了奥氏体的形成。
②加热速度：加热速度越快，缩短奥氏体的形成时间。
③．钢中碳含量：碳含量增加时，转变速度加快。
④．合金元素：大部分合余元素加入钢中，减慢了奥氏体的形成速度。
⑤．原始组织：片状珠光体奥氏体形核长大快＞粒状珠光体。 ⑵、钢的冷却转变（等温冷却）：共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特性
1）珠光体类转变组织： (高温转变区)，在A1～550℃之间
2）贝氏体转变(中温转变)：
转变温度：在550℃～Ms：之间，
550℃~350℃上贝氏体
半扩散型，Fe不扩散，C原子有一定的扩
散能力
羽毛状碳化物在F间，韧性差
350℃~MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好
3）.低温转变：（马氏体转变）：温度Ms～Mf，马氏体转变区
⑷、钢的冷却转变（连续冷却）
1）转变产物：
①冷却速度＞k
V时，钢将转变为M+A
残
②冷却速度＜k
工程材料基础知识 课后习题答案
.实用文档.
. 第一章 工程材料根底知识 参考答案
1．金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？
答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏〔过量塑性变形或断裂〕的性能。强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力〔即应力σ，单位为Mpa〕表示。
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形〔永久变形〕而不被破坏的能力。金属塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示：
硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。常用的硬度指标有布氏硬度〔HBS、HBW〕、洛氏硬度〔HRA、HRB、HRC等〕和维氏硬度〔HV〕。
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号αk表示。
疲劳强度是指金属材料在无限屡次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。疲劳强度用σ–1表示，单位为MPa。
2．对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？
答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料外表局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。
3．比拟布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。
答：〔1〕布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的外表，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量剩余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位外表积上所受的压力表示硬度值。实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。
布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属〔有色金属〕、硬度较低的钢〔如退火、正火、调质处理的钢〕
让你一目了然激光冲击强化技术
让你一目了然激光冲击强化技术
图1生化危机激光通道
生化危机大家都看过吧，小编现在仍然记得那个恐怖的镜头，几个人通过了一个激光通道，然后……咦咦咦o(╯□╰)o当然那是科幻电影里的，在现实中激光就有很神奇的功用，俊酷程度甚至超过电影特效。
图2激光概念图
今天，小编带大家了解一个神奇的加工技术——激光冲击强化！（听起来就很高大上啊有木有！）这么高大上的技术有什么来历呢，它又具有哪十八般武艺，在航空领域又如何应用呢，下面我们一起走进这个神奇的世界。
1.发展历史
激光是上世纪可以发展的重大发现之一，而将激光应用于工业生产也仅仅只有半个多世纪的时间。相比于那些传统的加工方式，比如喷丸强化、滚压等手段，激光冲击强化还是很年轻呢。
图3激光
早在上世纪60年代，当时科学家发现，激光可以产生冲击波，并且随冲击波持续作用，可以在金属表层产生压应力，其值远远高于材料屈服强度。
上世纪70年代，美国科学家研究了激光冲击后材料表层的微观结构变化和位错，发现激光可以提高铝合金抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能。之后美国学者又提出了可以用激光强化代替传统的喷丸强化。
上世纪九十年代，科学家利用数值模拟的方法来对激光冲击强化进行分析, 并用试验方法验证了模拟的有效性。
2.原理
首先来一段科学的定义：激光冲击强化（简称LSP）技术, 是利用高功率密度（大于1GW/cm2）的短脉冲（n级）激光，辐照金属材料表面所产生的高密度等离子体喷射爆炸所形成的冲击应力波（GPa级）来改善材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的一项新技术。
其实，通俗来说，激光冲击强化并没有这么复杂，下面听小编慢慢讲。
首先看一幅图，你就能懂大致的原理了。
图4激光冲击强化原理
激光冲击强化类似于弹丸喷丸，只是把弹丸换作激光脉冲，前几期我们曾经介绍过喷丸强化。举一个最简单的例子吧来说明原理吧，小编小时候生活在农村，见过铁匠打铁。俗话说千锤百炼，这种方式能够让金属产生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，提高金属的疲劳强度。
激光冲击强化对TC4电子束焊缝机械性能的影响
第２７卷第３期 ２００６年５月 江苏大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．３ Ｍａｖ ２ＯＯ６
激光冲击强化对ＴＣ４电子束焊缝机械性能的影响
鲁金忠 ，张永康 ，孔德军 ，任旭东 ，葛 涛 ，邹世坤 （１．江苏大学机械工程学院，江苏镇江２１２０１３；２．北京航空制造工程研究所，北京１０００２４） 摘要：利用高功率重复率Ｎｄ：ＹＡＧ激光对ＴＣＡ钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理，研究了激 光冲击强化处理过程中改变激光功率密度对电子束焊缝残余应力分布和表面层硬度的影响．试验 结果表明，当激光脉冲能量为４５．９ Ｊ时，激光光斑直径６９ ａｍ，残余应力基本不发生变化，而激光 光斑直径小于６３ ａｍ，焊缝残余应力分布变化显著，并随着激光光斑直径的减小，残余压应力的数 值增大更加明显．当激光冲击的功率密度大于１８ ＧＷ／ｃｍ 时，激光冲击强化处理使电子束焊缝区 的残余应力改变明显，改善了焊缝残余应力的分布；当激光冲击的功率密度大于１２ ＧＷ／ｃｍ 时，激 光冲击强化处理使电子束焊缝区的表面层硬度明显改变，改善了焊缝区域硬度的分布，有利于提高 ＴＣ４钛合金焊缝区的机械性能． 关键词：激光冲击强化；重复率激光；ＴＣ４钛合金；电子束焊缝；残余应力；表面硬度 中图分类号：ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—７７７５（２００６）Ｏ３—０２０７—０４ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＴＣ４ ｗｅｌｄｉｎｇ ｌｉｎｅ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｊｉｎ—ｚｈｏｎｇ‘，ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｋａｎｇ‘，ＫＯＮＧ Ｄｅ－ｊｕｎ‘，ＲＥＮ Ｘｕ．ｄｏｎｇ‘，ＧＥ Ｔａｏ‘，ＺＯＵ Ｓｈｉ－ｋｕｎ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｓｌｎｅｅｆｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ＴＣ４ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｌｉｎｅ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ（ＥＢＷ）ｗａｓ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ ｈｉｓｈ ｐｏｗｅｒ Ｑ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ ａｎｄ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ—ｒａｔｅ Ｎｄ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ—ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ＴＣＡ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｌｉｎｅ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＬＳＰ）ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｒｅｍａｉｎ ｕｎｃｈａｎｇｅｄ ｆｏｒ ｌａｓｅｒ ｐｏｗｅｒ ４５．９ Ｊ，ｓｐｏｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ ６９ ａｍ．Ｆｏｒ ｌａｓｅｒ ｐｏｗｅｒ ４５．９ Ｊ，ｓｐｏｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ６３ ａｍ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ＥＢＷ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ａｌｔｅｒｓ，ａｎｄ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｓｐｏｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ．Ｗｈｅｎ ｌａｓｅｒ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ １ ８ ＧＷ／ｃｍ ，ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ＥＢＷ ｌｉｎｅ ａｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎ ｌａｓｅｒ ｐｏｗｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ １２ ＧＷ／ｃｍ ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｃｒｏ—ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ＥＢＷ ｌｉｎｅ ａｌｔｅｒｓ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＴＣＡ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｌｉｎｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ＬＳＰ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ—ｒａｔｅ ｌａｓｅｒ；ＴＣ４ ａｌｌｏｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ；ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ；ｓｕｒｆａｃｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ 钛合金具有强度高、高低温性能好、耐腐蚀等许 多优点，因而具有广泛的工业应用，尤其在航空航天 收稿日期：２００５—１１—２５ 基金项目：国家“８６３”计划资助项目（２００２ＡＡ３３６０３０）；国家自然科学基金资助项目（５０２７５０６８）；国防航空基金资助项目（０２Ｈ５２０５３） 作者简介：鲁金忠（１９７５一）．男．湖北鄂州人，讲师，博士研究生（ｊｘｓｃｉｅｎｃｅ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃａ）．主要从事激光技术、机械ＣＡＤ研究． 张永康（１９６３一）．男．江苏张家港人，教授．博士生导师（ｙｋｚｈａｎｇ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃａ）．主要从事激光技术研究．
QT700球墨铸铁曲轴的激光冲击强化试验
第２８卷第４期 ２００７年７月 江苏大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏｌ｜２８ Ｎｏ．４ Ｊｕｌｙ ２００７
ＱＴＴＯ０球墨铸铁曲轴的激光冲击强化试验
任旭东，张永康，周建忠，孔德军，张新权
（江苏大学机械工程学院江苏省光子制造科学与技术重点实验室，江苏镇江２１２０１３）
摘要：选用不同涂层对ＱＴ７００曲轴激光冲击处理，研究激光冲击强化条件下，ＱＴ７００曲轴的硬度和
表面残余应力等力学性能的变化．发现在激光冲击过程中，黑漆涂层、铝箔涂层和硅酸乙脂涂层均
能有效提高冲击试样的表面硬度和表面应力．经过激光连续冲击后，在曲轴试件表面能形成
１．０ ｍｍ厚的硬化层，其表面硬度最大能达到５９０ ＨＶ．激光脉冲功率从２．８ ＧＷ／ｃｍ 提高到３．６
ＧＷ／ｃｍ 时，轴颈表面残余压应力相应由３２６ ＭＰａ提高到４９５ ＭＰａ，两次冲击后提高幅值更大．
关键词：ＱＴ７００曲轴；激光冲击；残余应力；表面硬度；涂层
中图分类号：ＴＧ１５６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—７７７５（２００７）０４—０２８９—０４
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ＱＴ７００ ｃｒａｎｋｓｈａｆｔ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ＲＥＮ Ｘｕ－ 凡ｇ，ＺＨＡＮＧ ｙ０凡ｇ－ｋａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｊｉａｎ－ｚｈｏｎｇ，ＫＯＮＧ Ｄｅ－ｊｕｉｌ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ－ｑｕａｎ
（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉ￣ｔｓｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｓｅｒ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＬＳＰ）ｅｍｐｌｏｙｓ ｈｉｇｈ－ｅｎｅｒｇｙ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ｆｒｏｍ ａ ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｌａｓｅｒ ｔｏ
140张图！带你了解材料力学性能及试验
140张图！带你了解材料力学性能及试验
法律顾问：赵建英律师
材料力学性能及试验简述
文|材易通
目录
材料在单向静拉伸载荷下的力学性能
材料在其他静载荷下的力学性能
材料在冲击载荷下的力学性能
材料在变动载荷下的力学性能
材料在环境条件下的力学性能
材料在高温条件下的力学性能
材料的磨损性能
01
材料在单向静拉伸载荷下的力学性能
1.1 拉伸试验
1.1.1 概述
拉伸试验是标准拉伸试样在静态轴向拉伸力不断作用下以规定的拉伸速度拉至断裂，并在拉伸过程中连续记录力与伸长量，从而求出其强度判据和塑性判据的力学性能试验。
强度指标：弹性极限、屈服强度、抗拉强度；
塑性指标：断后伸长率、断面收缩率。
1.1.2 概念
应力：应力是在它所作用面积上的力，用N/mm2表示，在米制单位中，用千帕（kPa）或兆帕（MPa）表示。 应变：是被测试材料尺寸的变化率，它是加载后应力引起的尺寸变化。由于应变是一个变化率，所以它没有单位。
原始标距(Lo)：施力前的试样标距。
断后标距(Lu)：试样断裂后的标距。
平行长度(Lc)：试样两头部或两夹持部分(不带头试样)之间平行部分的长度。
断后伸长率(A)：是断后标距的残余伸长(Lu-Lo)与原始标距(Lo)之比的百分率。
断面收缩率(Z)：断裂后试样横截面积的最大缩减量(So-Su)与原始横截面积(So)之比的百分率。
最大力(Fm)：试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力。
屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。
上屈服强度：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。
下屈服强度：在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。
1.1.3 拉伸应力-应变曲线
以低碳钢的拉伸应力—应变曲线为例。 OB—弹性阶段，BC—屈服阶段
CD—强化阶段，DE—颈缩阶段 试样在各阶段变化的示意图
弹性阶段
金属材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，符合胡克定律，即 σ= E·ε，其比例系数E称为弹性模量。
机械工程材料知识点思维导图复习资料-工程材料成型过程中的行为与性能变化
机械工程材料知识点思维导图复习资料-工
程材料成型过程中的行为与性能变化.WPS
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20XX年X月
工程材料成型过程中的行为与性能变化
掌握概念：冷加工、热加工、回复、再结晶，加工硬化
⒈掌握金属的凝固
⑴纯金属的结晶：由晶核的形成和长大这两个基本过程组成；晶核的形成：存在有两种
方式，即自发形核和非自发形核；晶体长大的形态：有平面推进、树枝状生长两种；金属结
晶过程缺陷的产生：缩孔和疏松，液体供应不充分，最后凝固的树枝晶之间的间隙不能被填
满，将形成缩孔和疏松等缺陷。
⑵合金结晶的特点：合金结晶时有相的变化、成分变化，有成分偏析，它将引起铸件力
学性能恶化和抗腐蚀性能降低。⑶晶粒大小和控制：控制过冷度、加入形核剂、机械方法（振动与搅拌）
⒉掌握铸造过程中的材料行为及性能变化⑴铸锭组织：表面细晶粒层、柱状晶粒层、中心等轴晶粒区
⑵铸锭结构中主要的缺陷。①缩孔与缩松
集中的缩孔：金属凝固时体积要收缩，如果得不到液体的补充，就会形成缩孔。
缩松（分散性缩孔）：树枝晶结晶时不能保证液体的补给而在枝晶间和枝晶内形成细小
而分散的缩孔。②气孔
③非金属夹杂物
外来非金属夹杂物由冶炼、浇铸过程中炉衬、型壁材料等脱落进人铸锭带来；
金属内部各种化学反应生成，非金属夹杂物很大的脆性，破坏金属晶体的连续性，促进裂纹的萌生和扩展削弱金属的机械性能。
④成分偏析枝晶偏析（微观偏析）：局限于一个或几个晶粒尺寸范围内的偏析。可用扩散退火的方
法来消除
宏观偏折（或域偏析）：同一铸件中，表面和中心、上层和下层的化学成分也可能存在不均匀，这种较大尺寸范围内出现的偏析。
消除枝晶偏析：扩散退火或均匀化退火→把有枝晶偏析的合金加热到高温，长时间保温，使固溶体中原子充分扩散．以达到成分的均匀化。
⒊掌握冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化
冷塑性变形对金属组织与性能的影响
冷塑性变形金属加热时组织与性能的变化⒋掌握热塑性变形过程中的材料行为及性能变化