激光冲击高强钢应力调控技术及微观结构演变机制

图书标准信息

• 作者 曹宇鹏 仇明 施卫东
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2023-10
• 版次 1
• ISBN 9787111732662
• 定价 119.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 248页
• 字数 290千字

【内容简介】

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。

【作者简介】

:
曹宇鹏，副教授、高级工程师(船舶与海洋工程专业）、硕士生导师。中国机械工业船舶海工用特种泵及绿色修造技术重点实验室副主任、中国石油和化工行业泵及系统节能技术重点实验室副主任、江苏省特种泵及系统工程研究中心副主任、国家自然科学基金委员会工程与材料科学部通讯评议专家、江苏省工程热物理学会理事、江苏省机械工程学会特种加工分会理事。入选2018年江苏省双创人才，南通市226高层次人才、江海英才，2020年获江苏省工程热物理学会优秀青年科技工作者。
    主持和主要参与完成省部级以上科研项目10余项，正在主持和主持完成国家自然科学基金、工信部高技术船舶科研计划项目子课题、中国博士后基金等课题10余项。以第一作者或通讯作者在国内外知名期刊发表论文40余篇，其中SCI/EI检索20余篇；获授权发明专利10余件；获教育部科技进步奖、江苏省科学技术奖、中国机械工业科技进步奖、中国石油和化学工业科技进步奖等奖项12项，其中一等奖2项，二等奖10项；Journal of Applied Physics、Optics and Laser Technology、Ceramics International、《物理学报》等SCI期刊审稿人。

【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极端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