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激光衝擊強化理論與技術（簡體書）
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目次
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激光沖擊強化技術是一種使用千兆瓦級納秒脈沖激光輻照金屬表面，產生高壓等離子體沖擊波，對金屬表面進行改性，使其產生殘余壓應力、高密度位錯和表面納米化的新技術。該技術具有強化效果佳、可控性強、適應性好等優點，可成功用于提高部件的疲勞強度、消除焊接殘余拉應力等方面。《激光沖擊強化理論與技術》系統了介紹激光沖擊強化理論和技術，主要內容包括：激光誘導等離子體沖擊波原理及在介質中傳播的特性，沖擊波作用下材料表層殘余應力場和表面納米化及其提高疲勞性能的規律和機理，激光沖擊強化應用技術和規范等
作者簡介
名人/編輯推薦
激光沖擊強化技術是一種使用千兆瓦級納秒脈沖激光輻照金屬表面，產生高壓等離子體沖擊波，對金屬表面進行改性，使其產生殘余壓應力、高密度位錯和表面納米化的新技術。該技術具有強化效果佳、可控性強、適應性好等優點，可成功用于提高部件的疲勞強度、消除焊接殘余拉應力等方面。《激光沖擊強化理論與技術》系統了介紹激光沖擊強化理論和技術，主要內容包括：激光誘導等離子體沖擊波原理及在介質中傳播的特性，沖擊波作用下材料表層殘余應力場和表面納米化及其提高疲勞性能的規律和機理，激光沖擊強化應用技術和規范等。
《激光沖擊強化理論與技術》可供激光沖擊強化技術研究和應用、機械強度、機械制造、表面工程等領域工作者閱讀、參考，對激光等離子沖擊波和材料科學等相關專業的研究人員有參考價值。
目次
序
前言
第1章 概述
1.1 金屬部件疲勞斷裂與表面強化方法
1.1.1 疲勞的危害
1.1.2 疲勞破壞的過程和抗疲勞制造
1.1.3 表面強化方法
1.2 激光沖擊強化基本原理與特點
1.2.1 激光沖擊強化基本原理
1.2.2 激光沖擊強化技術優勢
1.3 激光沖擊強化理論和技術發展歷程
1.3.1 國外研究發展概況
1.3.2 美國應用發展概況
1.3.3 我國的發展概況
1.4 激光沖擊強化中的科學問題
1.4.1 高壓沖擊波作用下材料的動態響應
1.4.2 高能激光與材料的相互作用
1.4.3 材料激光沖擊強化中的多尺度力學問題
1.5 激光沖擊強化中的技術問題
1.5.1 成套設備與綜合控制技術
1.5.2 強化過程在線監控與質量保證
1.5.3 特殊部位強化關鍵技術問題
1.6 本書的主要內容
參考文獻
第2章 激光誘導等離子體沖擊波原理與特性
2.1 激光與物質的相互作用基本原理
2.1.1 激光輻照效應
2.1.2 材料對激光的吸收
2.2 激光等離子體基本原理與特性
2.2.1 等離子體概念
2.2.2 激光等離子體產生的時間尺度
2.2.3 激光輻照形成等離子體的過程
2.2.4 激光在等離子體中的吸收
2.2.5 激光等離子體屏蔽效應
2.2.6 激光等離子體的診斷
2.3 激光誘導等離子體沖擊波的模型與仿真
2.3.1 激光維持的燃燒波和爆轟波
2.3.2 爆轟波的C.J起爆模型及初始參數計算
2.3.3 一維等離子體爆轟波模型研究概況
2.3.4 約束條件下爆轟波二維輻射膨脹模型
2.3.5 基于Fluent的模型仿真與分析
2.4 激光誘導等離子體沖擊波壓力測試
2.4.1 沖擊波特性測試的方法
2.4.2 水約束層對沖擊波壓力的影響
2.4.3 功率密度及波長對沖擊波壓力的影響
2.4.4 吸收保護層對沖擊波壓力的影響
參考文獻
第3章 激光等離子體沖擊波在金屬材料和空氣中的傳播
3.1 沖擊波作用下固體的基本方程式
3.1.1 守恒方程
3.1.2 固體材料的物態方程
3.2 金屬材料中的沖擊波及其對材料作用過程
3.2.1 沖擊壓縮條件下材料的強度特性
3.2.2 激光沖擊作用下材料的應變率
3.2.3 彈性波和塑性波
3.2.4 沖擊波對金屬材料的作用過程
3.3 金屬材料中沖擊波的反射與衰減
3.3.1 金屬材料中沖擊波的反射
3.3.2 金屬材料中沖擊波的衰減
3.4 激光等離子體聲波在空氣中的傳播
3.4.1 理想氣體中沖擊波基本關系
3.4.2 激光等離子體聲波的產生與發展
3.4.3 激光等離子體聲波特征測試與分析
參考文獻
第4章 激光沖擊金屬材料應力應變場數值仿真
4.1 引言
4.2 數值仿真基本方法
4.3 高應變率條件下材料的動態本構模型
4.3.1 常用動態本構模型
4.3.2 材料動態本構模型修正
4.3.3 模型參數獲取方法
4.4 板材激光沖擊仿真與分析
4.4.1 沖擊波傳播規律
4.4.2 殘余應力場的形成機制及分布特點
4.4.3 不同沖擊參數下激光沖擊強化仿真
4.4.4 激光沖擊殘余應力洞形成機制與分布特點
4.5 構件激光沖擊仿真分析和設計流程
4.5.1 模擬葉片激光沖擊強化仿真分析
4.5.2 鈦合金葉片的數值仿真分析
4.5.3 基于數值仿真的激光沖擊強化設計
參考文獻
第5章 激光沖擊金屬材料的殘余應力測試與分析
5.1 金屬材料殘余應力的測試方法
5.1.1 X射線衍射法
5.1.2 結合光柵應變花的盲孔法
5.2 激光沖擊金屬材料的殘余應力場特征
5.3 強化參數對殘余應力場的影響
5.3.1 激光功率密度對殘余應力場的影響
5.3.2 光斑大小對殘余應力場的影響
5.3.3 脈寬對殘余應力場的影響
5.3.4 強化次數對殘余應力場的影響
5.3.5 約束層、吸收保護層對殘余應力場的影響
5.3.6 光斑搭接率對殘余應力場的影響
5.3.7 激光斜沖擊角度對殘余應力場的影響
5.3.8 雙面對沖下殘余應力場分布情況
5.4 激光沖擊強化殘余應力均勻性分析
5.4.1 光斑形狀與強化均勻性
5.4.2 光斑布置方式和強化均勻性
5.5 激光沖擊強化后金屬材料殘余應力熱松弛
5.5.1 馬氏體不銹鋼激光沖擊強化殘余應力熱松弛
5.5.2 鎳基高溫合金激光沖擊強化殘余應力熱松弛
參考文獻
第6章 激光等離子體沖擊波表面納米化
6.1 引言
6.2 激光等離子沖擊波表面納米化微觀組織特征
6.2.1 激光沖擊鈦合金表面納米化
6.2.2 激光沖擊鎳基高溫合表面納米化
6.2.3 激光沖擊馬氏體不銹鋼表面納米化
6.2.4 304不銹鋼表面納米化
6.3 激光誘導等離子體沖擊波表面納米化機制
6.3.1 位錯的形成
6.3.2 納米晶的形成
6.3.3 激光等離子沖擊波表面納米化參數范圍
6.4 激光等離子沖擊波表面納米晶熱穩定性
6.4.1 鈦合金表面納米晶熱穩定性
6.4.2 鎳基高溫合金表面納米晶熱穩定性
6.4.3 激光沖擊表面納米晶的熱穩定性機理
參考文獻
第7章 激光沖擊提高金屬材料疲勞性能的作用及機制
7.1 激光沖擊金屬材料表層硬化
7.1.1 鈦合金表面硬化
7.1.2 鎳基合金表層硬化
7.1.3 不銹鋼表層硬化
7.2 激光沖擊提高金屬材料疲勞性能的試驗結果
7.2.1 振動疲勞試驗考核方法
7.2.2 激光沖擊提高鈦合金疲勞性能
7.2.3 激光沖擊提高鎳基合金疲勞性能
7.2.4 激光沖擊提高不銹鋼疲勞性能
7.2.5 激光沖擊提高鋁合金疲勞性能
7.2.6 激光沖擊強化提高鈦合金葉片抗外物打傷性能
7.3 表面納米化和殘余壓應力的復合強化機制
7.3.1 表面納米化提高疲勞強度機制
7.3.2 殘余壓應力提高疲勞強度機制
參考文獻
第8章 激光沖擊強化應用技術
8.1 激光沖擊強化的基本過程
8.2 金屬材料激光沖擊強化應用規范
8.2.1 金屬材料激光沖擊強化參數范圍
8.2.2 金屬材料激光沖擊強化疲勞強度提高的范圍
8.2.3 激光沖擊強化質量檢驗方法
8.3 特殊部件（位）激光沖擊強化工藝技術
8.3.1 薄壁葉片激光沖擊強化工藝技術
8.3.2 小孔孔邊激光沖擊強化技術
8.3.3 葉片/盤榫槽部位激光沖擊強化技術
8.4 激光沖擊強化復合修復技術
8.4.1 激光修復技術
8.4.2 激光焊接/熔覆與沖擊復合修復技術
8.5 激光沖擊與表面擴散滲入復合技術
8.5.1 激光沖擊與滲鋁復合處理
8.5.2 激光沖擊與滲氮復合處理
8.5.3 激光沖擊與滲碳復合處理
8.5.4 激光沖擊與表面擴散滲入復合技術機理
參考文獻
第9章 激光沖擊強化成套設備技術
9.1 激光沖擊強化成套設備組成與通用設備
9.1.1 激光沖擊強化成套設備組成
9.1.2 高功率脈沖激光器
9.1.3 機器人
9.2 吸收保護層自動涂覆/去除與外光路技術
9.2.1 吸收保護層自動涂覆/去除裝置
9.2.2 外光路技術
9.3 激光沖擊強化控制與監控技術
9.3.1 控制系統設計
9.3.2 強化路徑規劃控制與定位控制技術
9.3.3 激光沖擊過程監控技術
參考文獻
書摘/試閱
1.3.1國外研究發展概況
早在20世紀60年代，國外科學家就已經發現激光誘導沖擊波（或稱激光吸收波）。幾乎與國外同時，我國著名物理學家錢臨照先生也發現了激光誘導沖擊波，并且提出，有可能對材料作用后，使位錯密度增加，從而改善力學性能。美國從70年代開始，利用激光沖擊波進行材料表面強化試驗研究。
1972年，美國巴特爾學院的Fairand等用高功率脈沖激光誘導的沖擊波來改變7075鋁合金的顯微結構組織，以提高其機械性能（15）。而后，Clauer等先后對7075、2024、6061—T6等鋁合金材料進行沖擊強化試驗研究，發現這些材料的硬度、強度和疲勞性能大大提高，展現了激光沖擊強化技術的發展前景（16）。但是，由于設備的限制，特別是激光器脈沖發射間隔時間長、強化效率低、工藝不穩定，激光沖擊強化長期停留在實驗室研究階段，沒有得到工業應用。
1977年，Clauer等（17）采用在金屬表面加透明約束層和黑色涂層的沖擊強化典型結構，將沖擊波幅值提高到GPa量級，從而形成現在常用的帶約束層和吸收保護層的激光沖擊強化方法。后續研究表明：采用吸收保護層的工件處理后具有較高的殘余壓應力場，而無吸收保護層的工件在表面內形成壓應力的同時，在表面很薄一層形成拉應力；隨著約束層厚度的增加，激光沖擊強化的效果增加。但當約束層厚度達到一定值時，沖擊波峰壓趨于飽和；約束層材料剛性越好，強化效果越好（18，19）。
1990年，法國的Grevey和Maiffredy等（20）用激光沖擊誘導TRIP合金鋼（含30% Ni）中馬氏體相變的研究，對變形層深度進行估算，解釋了馬氏體相變的機制。法國的Forget、Strude和Jeandin等（21）用激光沖擊強化單晶和多晶Ni基高強度合金，認為激光沖擊硬化了材料，并在材料內部誘導了壓應力，從而改善了材料的疲勞壽命和抗磨損性能。
1997年，法國的Berthe等（22）研究了約束層狀態下，等離子體的行為和傳輸介質擊穿現象。在激光功率密度一定的情況下，將波長從1064nm降低到355nm，能增強光子與材料的作用，從而增大沖擊波壓力。1997年，日本東芝公司的Sano等（23）研究了空氣和水中等離子體的沖擊波壓力，發現水中等離子體的膨脹速度約為聲速，而在空氣中的膨脹速度約為聲速的20倍，這也是水作為約束層的數據依據。
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