激光冲击高强钢应力调控技术及微观结构演变机制
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作者曹宇鹏 等
出版社机械工业出版社
ISBN9787111732662
出版时间2023-09
装帧平装
开本32开
定价119元
货号1203090631
上书时间2024-06-29
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目录
前言
第1章绪论1
1.1引言1
1.2E690高强钢研究与应用概述2
1.3金属材料腐蚀疲劳裂纹扩展机理分析2
1.3.1腐蚀疲劳裂纹扩展中的能量分析2
1.3.2基于能量守恒的金属材料腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型4
1.4激光冲击调控表面残余应力相关研究与进展6
1.4.1激光冲击强化技术研究概况6
1.4.2激光冲击波传播机制与材料动态响应10
1.4.3激光冲击与表面残余应力分布12
1.5激光冲击材料表面微结构响应研究进展14
1.5.1马氏体相变与晶粒细化机理14
1.5.2特别塑性变形与晶粒细化机理15
1.5.3激光冲击强化不同材料微结构研究概况15
1.6激光冲击微造型对材料摩擦学性能影响的研究现状18
1.7本章小结19
参考文献20
第2章E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验及腐蚀疲劳损伤建模24
2.1引言24
2.2E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验25
2.2.1E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验材料25
2.2.2E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试样制备25
2.2.3E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验25
2.3E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验结果分析27
2.3.1试验数据分析方法27
2.3.2不同环境下E690高强钢裂纹扩展的试验结果28
2.3.3空气与盐水中裂纹扩展试验断口分析31
2.3.4不同应力比下E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展的试验结果33
2.3.5E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率计算与分析33
2.4E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率建模研究36
2.5E690高强钢断裂韧度测试38
2.5.1E690高强钢断裂韧度测试方法38
2.5.2E690高强钢断裂韧度测试结果40
2.6E690高强钢理论模型与拟合模型的对比分析41
2.6.1E690高强钢理论模型计算结果与试验结果对比41
2.6.2E690高强钢裂纹扩展速率理论模型与拟合模型对比42
2.7E690高强钢S-N曲线测试43
2.7.1试验概况43
2.7.2E690高强钢S-N曲线测试试样43
2.7.3E690高强钢S-N曲线测试条件及过程43
2.8E690高强钢损伤分析44
2.8.1E690高强钢S-N曲线测试结果44
2.8.2E690高强钢腐蚀损伤演化实例45
2.8.3E690高强钢S-N曲线与裂纹扩展速率曲线转换46
2.9本章小结47
参考文献48
第3章激光冲击诱导E690高强钢薄板表面动态应变特性研究51
3.1引言51
3.2激光冲击波加载金属薄板表面动态响应51
3.2.1表面动态应变测试的边界条件51
3.2.2表面动态应变测试原理52
3.2.3激光冲击波加载金属薄板表面动态应变模型53
3.2.4表面动态应变测试方法与试验参数54
3.3激光冲击高应变率下E690高强钢表面动态应变模型及边界条件验证55
3.4激光冲击高应变率下E690高强钢表面动态应变模型56
3.5本章小结59
参考文献59
第4章激光冲击波传播机制与E690高强钢表面完整性研究62
4.1引言62
4.2激光冲击波特性测试原理、方法与装置63
4.2.1激光冲击波特性测试原理63
4.2.2激光冲击波特性测试方法与装置64
4.3表面完整性试验与测试68
4.3.1试样制备及试验设备68
4.3.2激光冲击试验参数68
4.3.3表面完整性测试69
4.4数值建模71
4.4.1建立几何模型71
4.4.2材料的本构模型71
4.4.3冲击压力设置72
4.5激光单点冲击应力波传播仿真模型试验验证73
4.6激光冲击E690高强钢残余应力形成机制75
4.6.1E690高强钢残余应力双轴分布特性分析75
4.6.2E690高强钢“残余应力洞”分布特性分析76
4.7激光冲击E690高强钢表面完整性分析79
4.7.1冲击前后E690高强钢表面三维形貌与二维轮廓变化79
4.7.2冲击前后E690高强钢表层残余应力变化82
4.7.3冲击前后E690高强钢表层显微硬度变化83
4.8本章小结84
参考文献84
第5章激光冲击E690高强钢薄板表面残余应力洞形成机制及影响因素
权重分析88
5.1引言88
5.2数值模拟89
5.2.1有限元模型89
5.2.2材料的本构模型89
5.2.3冲击波压力模型90
5.3试验方案设计91
5.4结果分析与讨论92
5.4.1不同激光功率密度冲击后表面残余应力分布92
5.4.2表面Rayleigh传播与模型验证95
5.4.3冲击波传播与残余应力洞的形成机制97
5.4.4E690高强钢冲击波传播模型的建立100
5.4.5表面稀疏波汇聚和纵向冲击波反射对残余应力洞影响权重101
5.5本章小结102
参考文献102
第6章激光冲击E690高强钢表面微结构响应与X射线衍射图谱的相关性
研究105
6.1引言105
6.2试验准备106
6.2.1激光冲击试样制备106
6.2.2激光冲击试验装置及参数106
6.2.3激光冲击区域透射电镜观测试样制备及装置107
6.2.4能谱点测试样制备及装置108
6.2.5XRD分析及装置108
6.3激光冲击E690高强钢表层微观组织演变109
6.3.1E690高强钢原始组织109
6.3.2激光冲击强化后E690高强钢表面的结构形貌110
6.3.3激光冲击强化后E690高强钢电子衍射花样标定112
6.4激光冲击E690高强钢表面成分分析117
6.5激光冲击微观结构演变与XRD衍射图谱相关性118
6.5.1微观结构与表面残余应力相关性118
6.5.2激光冲击强化E690高强钢的XRD分析119
6.5.3XRD图谱所得晶粒尺寸与TEM下晶粒尺寸的对比121
6.5.4E690高强钢的失稳分解过程121
6.5.5E690高强钢的形核—长大过程123
6.6激光冲击强化E690高强钢表面微结构响应模型125
6.7本章小结126
参考文献127
第7章激光冲击诱导E690高强钢表面自纳米化中调幅分解的试验研究130
7.1引言130
7.2试验材料与方法130
7.2.1试验材料130
7.2.2试验过程131
7.2.3分析与检测131
7.3结果与分析132
7.3.1E690高强钢表面XRD衍射图谱分析132
7.3.2E690高强钢表面TEM显微分析134
7.3.3基于调幅分解的E690高强钢微观冲击响应模型与应力弛豫机制137
7.4本章小结138
参考文献139
第8章激光冲击E690高强钢位错组态与晶粒细化的试验研究141
8.1引言141
8.2试验方案设计141
8.2.1试验材料及冲击试验141
8.2.2微观组织观测142
8.3试验结果与分析142
8.3.1激光冲击E690高强钢截面组织分析142
8.3.2激光冲击E690高强钢表层微结构分析143
8.3.3激光冲击E690高强钢内部位错组态研究144
8.4本章小结152
参考文献152
第9章激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响155
9.1引言155
9.2试验材料与方法155
9.2.1试验材料155
9.2.2试验过程156
9.2.3分析与检测157
9.3试验结果分析与讨论158
9.3.1物相分析158
9.3.2显微组织分析159
9.3.3激光冲击E690高强钢熔覆层表层位错组态研究164
9.3.4表面残余应力170
9.4本章小结171
参考文献172
第10章激光冲击对E690高强钢熔覆修复结合界面组织的影响175
10.1引言175
10.2试样材料与方法175
10.2.1试样制备175
10.2.2熔覆层制备与强化176
10.2.3分析与检测177
10.3E690高强钢基体及熔覆层的织构分析177
10.4激光冲击E690高强钢熔覆层截面微结构分析179
10.4.1激光冲击对熔覆层截面织构的影响179
10.4.2激光冲击E690高强钢熔覆截面晶粒尺寸变化与晶界取向角分析180
10.5激光冲击E690高强钢熔覆层界面微结构分析184
10.5.1激光冲击对E690熔覆界面织构的影响184
10.5.2激光冲击对熔覆层界面微观组织的影响187
10.5.3激光冲击E690高强钢熔覆层界面晶界取向角分析189
10.6激光冲击E690高强钢熔覆层界面响应模型191
10.7本章小结192
参考文献192
第11章E690高强钢表面激光冲击微造型及其摩擦学性能的试验研究194
11.1引言194
11.2激光冲击微造型的模拟与试验方法195
11.2.1有限元模型的建立195
11.2.2激光冲击微造型试验196
11.2.3摩擦磨损试验198
11.3激光冲击微造型的成形规律及表面微观结构演变199
11.3.1激光冲击次数对微造型表面形貌的影响199
11.3.2激光冲击次数对残余应力和FWHM值的影响201
11.3.3微造型表面纳米化及调幅分解验证205
11.4微造型几何参数设计对摩擦学性能的影响206
11.4.1摩擦学性能分析方法206
11.4.2微造型密度对摩擦系数的影响206
11.4.3微造型深度对摩擦系数的影响208
11.5磨损表面与磨损机理分析209
11.5.1磨损表面分析209
11.5.2磨损机理分析211
11.6本章小结213
参考文献214
第12章激光冲击微造型表面AlCrN涂层制备及减摩机理217
12.1引言217
12.2AlCrN涂层制备试验及测试方法217
12.2.1AlCrN涂层的制备方法217
12.2.2表面和截面微观形貌观察219
12.2.3X射线物相检测219
12.2.4显微硬度与残余应力检测219
12.2.5涂层工程结合强度检测220
12.3AlCrN涂层性能分析221
12.3.1表面宏观形貌221
12.3.2表面微观形貌与物相分析222
12.3.3显微硬度与残余应力223
12.3.4涂层与基体的结合强度224
12.4微造型-AlCrN涂层试样的摩擦磨损性能研究226
12.4.1不同密度微造型-AlCrN涂层的摩擦学性能226
12.4.2不同深度微造型-AlCrN涂层的摩擦学性能227
12.5微造型-AlCrN涂层试样的磨损表面观察及机理分析229
12.5.1磨损表面形貌分析229
12.5.2磨损表面的EDS能谱分析232
12.5.3微造型-AlCrN涂层的减摩润滑模型233
12.6本章小结234
参考文献235
内容摘要
自升式平台是海洋资源开发的重要装备，桩腿是其升降系统的核心机构。本书针对桩腿材料E690高强钢的磨损、疲劳、胶合等多元损伤行为，聚焦激光冲击诱导E690高强钢动态响应、微观结构与应力调控多尺度演变机制，介绍了E690高强钢激光表面改性、减摩延寿及增材修复的基础研究。本书着重阐述了涵盖E690高强钢失效行为与机理，激光冲击波诱导E690高强钢动态响应与残余应力形成机制，微观组织结构与残余应力分布的相关性，激光冲击微观结构表征及基于位错组态的晶粒细化机制，激光冲击微造型减摩延寿和LCR/LSP复合修复机理的新理论、新方法及新技术。本书所述的研究内容及成果有利于激光表面改性、减摩延寿及增材修复的基础研究成果尽快走向应用，有助于拓展高能束复合制造与再制造的新方法和工艺。本书可供从事激光加工、表面工程、高技术船舶与海洋工程装备制造的科技人员、工程技术人员参考，也可作为机械工程、材料加工工程学科研究生和高年级本科生等的学习用书。
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