精密成形工程

作者：王振, 崔义龙, 王铭豪, 韩家宝, 宋昊天

单位：郑州航空工业管理学院 自动化学院,郑州 450046

关键词：AISI 9310钢,残余应力,激光冲击,有限元分析,复合强化

基金：国家自然科学基金（51705471）; 河南省自然科学基金（242300420052）; 郑州航院研究生教育创新计划基金项目（2024CX100）

目的 研究不同激光冲击、激光冲击-喷丸复合强化工艺参数对AISI 9310钢残余应力的强化效果。方法 选择激光冲击与喷丸强化AISI 9310钢材料本构模型,确定有限元分析中激光冲击波的加载方式,基于Abaqus软件建立AISI 9310钢激光冲击、激光冲击-喷丸复合强化数值分析模型,分析网格尺寸对残余应力的影响,探究不同激光功率密度与激光光斑尺寸对AISI 9310钢残余应力的影响规律,验证有限元模型的可靠性,在此基础上,研究不同激光冲击-喷丸复合强化工艺参数对残余应力的影响效果。结果 在激光冲击强化下,随着激光功率密度的增大,材料表面中心位置的残余压应力与残余压应力峰值均增加,当最大激光功率密度为14.5 GW/cm2时,引入中心表面残余压应力为-719.4 MPa,残余压应力层深度超过500 μm;随着光斑尺寸的增大,残余压应力强化层深、强化区域及强化区域峰值均增加,当最大光斑直径为3 mm时,引入残余压应力层最深约800 μm,残余压应力峰值最大,为-687.87 MPa。激光冲击-喷丸复合强化引入材料表面中心位置的残余压应力为-1 121.36 MPa,与单一激光冲击强化效果相比,残余压应力有效提升。残余压应力峰值位于次表层距离表面约80 μm处,最大为-1 392.56 MPa,与单一激光冲击强化相比,残余压应力峰值提升,且所处位置下移,但复合强化后表面残余应力分布波动较大。结论 较大的激光功率密度与较大的光斑直径可引入较优的残余压应力场,与单一激光冲击强化相比,激光冲击-喷丸复合强化引入的残余应力场提升效果显著。

来源：2025年第9期

《精密成形工程》期刊编辑部

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