[01014750]航空发动机叶片激光冲击强化增寿的合作研究

项目开展航空发动机TC17钛合金叶片激光冲击强化疲劳增寿的基础以及工程应用研究。探究激光诱导冲击波作用下材料强化区域微观组织演变、残余压应力产生机制、硬化层产生机制；建立了激光冲击强化多尺度动态力学响应过程以及残余应力场分布有限元数值模型；开展了激光冲击强化表面完整性研究、激光冲击强化力学性能研究；着重对激光冲击强化疲劳寿命、疲劳极限、疲劳裂纹扩展行为展开深入的机理研究。 采用SEM和TEM等手段研究TC17钛合金激光冲击区域微观组织演变规律。研究结果表明：冲击影响层内α相晶粒平均尺寸减小，晶粒内部产生高密度位错。 采用动态显示有限元模块，开展激光冲击冲击过程纳秒级别响应研究。研究结果发现，激光冲击强化过程中应力波在材料内部传递形成“三明治”应力结构，激光冲击波峰值压力在深度方向呈指数式衰减。 通过有限元数值模拟研究不同激光能量、不同冲击次数下表面及深度方向残余应力分布规律，并通过试验方法验证残余应力分布的可靠性。 研究发现激光冲击强化可以提高TC17钛合金疲劳寿命4倍，可以提高TC17钛合金疲劳裂纹扩展寿命2倍以上。该研究首次发现激光冲击强化诱导裂纹迟滞效应，率先提出了激光冲击强化诱导残余应力作用裂纹扩展迟滞能量密度判据。