航空发起机叶片由于所处的工作环境恶劣，既受到低坡翻应力作用，又在发起机和气流的激振下高频振动，当叶片接受的交变应力幅值达到临界时容易产生委顿断裂，引起裂纹折断等故障，严沉影响航空安全性
。激光冲击强化是一种新型金属表表强化技术，是利用高功率密度激光束照射在金属零件表表，涂覆在金属表表的吸收层吸收激光束的能量形成等离子体，等离子体在约束层约束下野爆炸冶而产生高压冲击波作用于资料表表，从而在资料近表层产生残存压应力，能有效地改善资料的抗委顿、耐磨损和防侵蚀等机能[1-6]
。相迸宗传统的表表强化技术，激光冲击强化（lasershockpeening，LSP）处置拥有非接触、可控性强、无扰装响区和强化成效显著蹬着点，宽泛利用于军工国防、石油化工、海洋船舶和航空航天等领域
。

某型航空发起机叶片资料为TA11钛合金，名义成分为Ti-8Al-1Mo-1V，本文选取激光冲击强化技术对叶片进行处置，钻研过程中激光冲击强化对TA11叶片表表应力、显微硬度、金相组织等机能的影响，为提高叶片的委顿机能和委顿寿命提供理论基础与试验凭据
。

1、试验部门

1.1试验参数

选取Nd：YAG激光冲击强化设备对TA11钛合金叶片进行强化，单脉冲能量最高可达25J，选取双面对冲时每路能量最大为12.5J，具体参数见表1
。

为了预防强化引起的叶片变形，选取双面对冲的方式进行冲击强化，如图1所示
。对冲时两路激光脉冲能量差幼于10%，光斑直径差幼于0.1mm，光程差节造在5mm内
。由于叶片型面复杂，为达到强化过程定位精度高、光斑搭接均匀、叶片装夹可沉复等要求，选取叶片激光冲击专用夹具用于固定
。

1.2测试步骤

表表应力通过Proto-LXRD型X射线应力仪进行测试，测试步骤参照ASTME975-84尺度；显微硬度通过显微硬度仪进行测试，施加载荷4.9N，维持载荷功夫为15s；金相组织选取NEOPHOT-21型金相显微镜进行采集；超微内部结构选取CM-200型透射电镜观察，加快电压为200kV
。由于电化学侵蚀钛合金将产生侵蚀坑，因而选取通常的化学侵蚀步骤，侵蚀液为硝酸和氢氟酸的水溶液
。

2、了局与会商

2.1表表应力

通过对叶片表表进、排气边和叶根处进行强化残存应力测试，并与叶身未强化处进行对比，其了局见表2，其中A、B别离暗示在进气边、排气边和叶根处（均为叶盆、叶背两面）任选两点
？杉，叶片表表应力都阐发为压应力，相比未强化的叶身残存应力为-178MPa，经强化后遍地的残存应力均值根基在-620MPa以上，成效较好
。

继而针对叶盆进气边和叶盆出气边的残存应力随深度的散布情况进行测试，具体了局见表3
？杉，在1mm厚的薄叶片上进行双面激光冲击强化，整个厚度区域内均为压应力，不存在拉应力，且随着深度的增长残存应力值逐步降低
。

2.2显微硬度

在未经激光冲击强化的叶片表表随机拔取5个点并象征，通过显微硬度仪丈量维氏硬度，经过激光冲击强化再测这些象征点的维氏硬度，具体了局见表4
？杉，叶片在经激光冲击强化后的表表均匀硬度值达到385HV，相比未强化硬度值增长了8.57%，这是由于叶片经强化后能够使表表晶粒细化，克服错位活动过程中晶界的故障变得难题，这有利于提高叶片的表表硬度[7]
。

2.3显微组织

首先将激光冲击强化前的叶片试件纵向切割得到截面样品，而后通过镶嵌、粗磨、细磨和抛光获得光滑镜面，再通过侵蚀液侵蚀造成金相试样，了局见图2
？杉，经强化后的TA11资料的组织结构得到了显著细化，有利于提高抗委顿机能
。

用电火花线切割机将试件沿冲击表层切取下约莫1mm的薄片并手工剪薄至0.1mm，而后用研磨机冲击至50滋m
。为了观察资料的近表表组织，将试样在-20益温度下用体积分数5%的HClO4酒精溶液电解单喷试样冲击背面，在试样即将击穿前用离子研磨仪剪薄强化数分钟，直至试样击穿，得到的组织结构见图3
。

图4是利用透射电镜观察到的表层与次表层组织结构，可见激光冲击强化在TA11资料表层形成了大量纳米级晶粒与非晶组织，在次表层产生了形变孪生与高密度位错，这能有效地提高资料的抗疲 劳机能
。

3、结论

通过对TA11材质的航空发起机叶片进行激光冲击强化的试验钻研，分析激光强化后资料表表的残存应力散布、显微组织状态，得到以下结论：

（1）激光冲击强化后，在叶片的近表层会残存-600MPa以上的压应力，随着深度的增长残存应力值逐步降低，且激光冲击强化使得叶片的硬度得到显著改善
。

（2）激光冲击强化使得叶片近表表组织结构产生显著细化，在资料表层形成了大量纳米级晶粒与非晶组织，在次表层产生了形变孪生与高密度位错，有效提高资料的抗委顿机能
。

参考文件：

[1]李伟，李应红，何卫锋，等. 激光冲击强化技术的发展和利用[J]. 激光与光电子学进展，2008（12）：15-19.

[2]李伟，李应红，何卫锋，等. 激光冲击强化对镍基高温合金委顿寿命的钻研[J]. 新技术新工艺，2008（8）：70-71.

[3]曾镜灵，余龙溦，林超辉，等. 大型海工绕桩吊机吊臂激光冲击强化选材钻研[J]. 电加工与模具，2022（1）：51-54.

[4]毕凤琴，张春成，李红翠，等. 激光冲击强化技术的发展及利用[J]. 刀兵资料科学与工程，2010，33（1）：101-104.

[5]张永康，陈菊芳，许仁军. AM50 镁合金激光冲击强化尝试钻研[J]. 中国激光，2008，35（7）：1068-1072.

[6]LAN L，JIN XY，GAO S，et al. Microstructural evolution and stress state related to mechanical properties of electron beam melted Ti-6Al-4V alloy modified by laser  shock peening [J]. Journal of Materials Science and Technology，2020，50，15：153-161.[7]丛家慧，徐永臻，王磊，等. 超声强化对高强冈欤劳机能的影响[J]. 机械科学与技术，2021，40（3）：470-474.