激光沖擊強化(Laser Shock Peening，LSP) 技術是利用強脈沖激光產生的沖擊波，從部件表面引入殘余壓應力的一種革新且最熱門的表面強化技術。該技術在部件表面形成的殘余壓應力深度比常規(guī)噴丸強化處理的深5~10倍，具有提高抗疲勞強度、延長疲勞壽命、抑制裂紋的形成與擴展、提高抗微動疲勞/抗磨損/ 抗應力腐蝕斷裂特性等特點。經過多年的開發(fā)與研究，美國于1997年將激光沖擊強化技術成功應用于航空發(fā)動機風扇/ 壓氣機葉片，大幅度地提高了其抗外物損傷能力和高循環(huán)疲勞性能，并且于1998年美國研發(fā)雜志評為全美100項最重要的先進技術之一，被美國軍方認定為第4代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的80項關鍵技術之一。2003年以來，該技術又應用到F119發(fā)動機等第4代戰(zhàn)斗機發(fā)動機高壓壓氣機整體葉盤上，目前正在研究應用于包括激光難以進入區(qū)域的航空發(fā)動機輪盤等部件上[1-4]。

激光沖擊強化技術原理與特點

激光沖擊強化技術的原理，是采用短脈沖（幾十納秒）的強激光輻射金屬部件表面涂覆的約束層（如流動的水等），并通過約束層作用于金屬表面涂覆的不透明涂覆層（如黑漆或膠帶），涂覆層吸收激光能量發(fā)生爆炸性汽化蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣體吸收剩余的激光產生快速膨脹的等離子流，限定在部件表面與約束層間的等離子流產生急速增大的高壓沖擊波，沖擊波產生的“冷作用”作用于金屬表面并向內傳播，形成由塑性變形引發(fā)的殘余壓應力[5-10]。當沖擊波的峰值壓力超過被處理材料動態(tài)屈服強度時，材料表層不產生應變硬化，殘留很大應力，同時微觀組織發(fā)生很大的變化，顯著提高材料的抗疲勞、耐磨損和防應力腐蝕特性。

雖然與常規(guī)噴丸強化類似，激光沖擊強化技術也是通過在金屬部件的表面產生有益的殘余壓應力提高部件的抗疲勞與耐損傷特性，但是由于引入殘余壓應力的方法不同，激光沖擊強化技術處理的部件明顯優(yōu)于常規(guī)噴丸強化處理的部件。

（1）激光沖擊強化一般采用釹玻璃、YAG 及紅寶石的高功率脈沖式激光器。所產生激光的波長為1.054μm，脈沖寬度為8~40ns，脈沖能量達50J，激光點直徑為5~6mm，功率密度為5~10GW/cm2，這是常規(guī)的機械加工難以達到的。

（2）激光沖擊強化主要利用高壓力效應，具有無滲入或沉積污染、非接觸、無熱影響區(qū)及強化效果顯著等特點。

（3）激光沖擊強化后部件的表面硬度通常比常規(guī)處理方法的高10%~50％，可以獲得極細的硬化層組織；硬化層深度通常為1~1.5mm，明顯深于利用噴丸強化處理的部件的硬化層深度[6-7]。

（4）激光沖擊強化能夠使部件的疲勞壽命明顯延長和抗疲勞強度提高。激光沖擊強化處理和噴丸強化處理的7075 － T7351鋁試樣試驗結果表明，激光沖擊強化處理后部件的疲勞壽命延長1個量級，抗疲勞強度提高30%~50%。

（5）激光沖擊強化能夠提高高溫下殘余應力的穩(wěn)定性。高溫對激光沖擊強化處理的Ti8Al1V1Mo殘余應力釋放的影響。結果表明在高溫下暴露4h后，其殘余應力沒有恢復。INCONEL718、Ti6Al4V 等其他一些材料在激光沖擊強化處理后也呈現相似的結果。

（6）激光沖擊強化能夠明顯延長部件的高循環(huán)疲勞強度，如圖1 所示。

（7）激光沖擊強化應用范圍寬。其不僅對各種鋁合金、鎳基合金、不銹鋼、鈦合金、鑄鐵以及粉末冶金等均有良好的強化效果，還可以利用激光束的精確定位處理一些受幾何形狀約束而無法進行噴丸處理的部位（如小槽、小孔和輪廓線等）。因而，該技術廣泛應用于航空工業(yè)、汽車制造、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋運輸和核工業(yè)等領域。

（8）激光沖擊處理能對表面局部區(qū)域進行沖擊強化且可在空氣中直接進行，因而具有對工件尺寸、形狀及所處環(huán)境適應性強，工藝過程簡單，控制方便且靈活等特點。#p#分頁標題#e#