工业冲击硬化：激光喷丸的优越替代方法

直到最近，激光冲击硬化^[112，113]或者“激光喷丸硬化”才开始引起人们的关注。但是，现在冲击硬化已经是一种工业处理方法。喷丸处理的目的是在零件表面产生压应力，从而提高零件的疲劳强度。压应力是由表面冲击喷射的冷加工引起的。这种方法产生的压应力可达极限抗拉强度的60%。处理深度取决于冲击能和材料，但通常可以达到最大1mm，平均0.25mm。与产生压应力的材料深度相对应，在材料表面层下面将会产生平衡拉伸应力。对于较薄的材料，这可能是个问题，在表面下会引起疲劳。因此，压缩层深度不能超过工件厚度的10%。喷丸硬化的方法通常也应用于细化晶粒组织，缩小某些铸造或烧结产品中的孔隙，改善腐蚀、磨损和氢脆应力腐蚀开裂，以及晶间腐蚀。它也将消除由不同金属成形技术所带来的残余拉伸应力，如电火花、车削、铣削、拉削、磨削、化学蚀刻和激光切割。

强力辐射冲击波可产生同样或更好的压应力，但它必须是短脉冲（～10～100ns），并且有良好的光束质量。这是劳伦斯利弗莫尔实验室在该方面的成就之一。他们构建了强大的主振荡器功率放大器（MOPA）系统，该系统基于Nd：glass（钕玻璃）材料，在6Hz、10～100ns时的脉冲能量为100J，必须是短脉冲，并且具有钻孔效果^[114]。激光的平均功率仅为600W。为了获得一致的作用，在1cm²区域的相（位波）前，激光与受激布里渊散射反射器结合。它可实现每个脉冲激光冲击硬化100mm²或每小时冲击硬化1m²。硬化区域被一吸收层覆盖，表面含水层会抑制等离子体的产生。总体布置见图6.44。碰撞产生的压力可达1000～10000个大气压。由于碰撞发生在相当大的区域（1cm²），因此处理深度可达3mm，与1mm厚的冲击硬化相比，有少量的表面损伤。

图6.44 a）激光喷丸处理（10～100ns短脉冲，100J/cm²，产生等离子体压力1000～10000大气压）b）射击喷丸和激光喷丸的处理深度比较数据引自Hammersley等人^[112]。

激光冲击硬化的优点：

①与传统冲击硬化相比，具有更小的表面粗糙度。(www.xing528.com)

②无嵌入颗粒。

③能硬化弹丸不能达到的角落。

④没有需要回收、收集、分级和清理的材料。

⑤对设备只有少量磨损。

⑥处理放射性材料时无污染弹丸产生。