劳源萌生与疲劳裂纹扩展速率，从而提高了材料疲劳寿命。激光冲击产生的高幅值冲击波使金属表层发生强烈的塑性变形，塑性变形的发生，能促使位错源不断增殖并移动，形成高密度的位错组织。由于位错密度的增高，使得材料屈服强度提高，并阻碍了位错的运动，从而增大了裂纹产生的阻力，延缓了疲劳源萌生与疲劳裂纹扩展速率，提高了材料疲劳寿命。安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线下图为做疲劳拉伸实验时被拉断试件图图疲劳拉伸实验被拉断试件由于本实验采用的是疲劳拉伸试验，这就要对比受激光冲击试件和未受激光冲击试件在被拉断之前受循环载荷冲击次数，这是判断疲劳寿命强弱的有力证据。试件经过裂纹萌生裂纹扩展和瞬断三个阶段后疲劳断裂，其结果如图所示图未受激光冲击试件的拉伸试验数据图安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线图受激光冲击试件的拉伸实验数据图由上图可知未冲击试件在循环应力载荷作用下冲击次后，产生的绝对位移是，最终在次循环后疲劳断裂。而受冲击试件在次时产生的绝对位移是，最终在次载荷下疲劳失效。根据上述分析可知，受激光冲击的试件比未受冲击试件疲劳寿命延长了很多，这也就回答了本文的论文主题，也说明了本文的最核心部分。激光诱导材料表层残余压应力对疲劳抗力有着显著影响，残余压应力在疲劳载荷中起着负平均应力的作用，提高了材料的疲劳强度。疲劳断口分析断口分析疲劳断口由疲劳源疲劳裂纹扩展区和瞬断区个典型区域组成。分析图，疲劳源裂纹形成并且扩展。图中圆圈处为疲劳源，黄色色箭头为扩展方向。疲劳裂纹从疲劳源裂纹开始向四周扩散，属于脆性状疲劳断口样貌。安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线图航空铝合金小孔试件的宏观断口如图，经过激光冲击强化的试样表面产生了很大的残余压应力，它能有效地降低应力集中区域的应力大小。同时，表面残余压应力与加载应力矢量叠加后使表面层总应力降低，让表层的总应力大大低于强化层的疲劳极限，因此裂纹扩展路径转移到强化层以内。虽然疲劳裂纹的扩展和经激光冲击时的样，但在表层残余压应力的作用下，向表层方向的扩展受到了阻碍。晶粒内部的滑移是裂纹成核的重要过程，小孔试件承受循环载荷作用时，由于孔壁处于平面应力状态，特别容易在表层晶粒内产生滑移现象。其中图是图的局部放大图。如图所示安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线图循环载荷作用下航空铝合金的滑移发展瞬断区是裂纹扩展到足够尺寸后发生瞬间断裂形成的瞬断面，主要由大小不同偏向侧的韧窝组成，呈现韧性材料的断裂特点。如图上部分，在激光冲击强化试样上，由于残余应力的作用，最终断裂速度变慢，在断口上揭示出原材料的些晶体特征。而下部分则是裂纹扩展区，裂纹扩展区是断口中最重要的特征区域，其区域大小与材料的性质和所承受的载荷水平有关，疲劳扩展区域与疲劳瞬断区有明显的分界线，裂纹扩展区的断面较光滑，平整。图航空铝合金小孔试件的微观断口安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线在循环载荷作用下，裂纹扩展进入第二阶段。在裂纹扩展第二阶段，断口的微观形貌上出现了垂直于裂纹扩展方向的裂纹，由于晶界第二相等的存在，有时会发生定角度偏离主扩展方向，图和为图中裂纹扩展区的局部放大图，由图可知经过激光冲击强化的疲劳裂纹在扩展的过程中呈现出停滞和断裂的现象，并且裂纹的方向发生了改变，形成了二次裂纹扩展，二次扩展裂纹与原始扩展裂纹相比要细且伴随有局部的韧窝现象。如图，为疲劳断口韧窝形貌图。图航空铝合金疲劳断口二次裂纹扩展图航空铝合金疲劳断口二次裂纹扩展由于加载应力大于试验材料的屈服强度，金属在每周期都有定量的塑性变形，所以材料处于弹塑性应变状态，产生的应变包括弹性应变量和塑性应变量。安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线当材料的达时，将表现出循环硬化现象。从疲劳断口的挤压程度可以看到，材料在应变过程中尚有相当大的塑性形变，其产生的形变抗力将使材料产生定的循环硬化效应，这种疲劳过程中的强化效应抑制了二次裂纹的发生，也在定程度上提高了材料的疲劳性能。图疲劳断口韧窝形貌图断口表面粗糙度分析本节以激光冲击与未受激光冲击试样在平均应力为和下的疲劳断口为研究对象，采用型非接触式光学轮廓仪对各个断口不同区域的粗糙度进行了测量，实验仪器如图所示。测量区域面积为，每个断选取三个测量区域疲劳源区，距疲劳裂纹源区，距疲劳裂纹源区。疲劳断裂经过三个阶段疲劳裂纹源萌生疲劳裂纹扩展和疲劳瞬断。由于疲劳源区最早形成，且裂纹扩展速率缓慢，扩展步长较小。而且，由于裂纹闭合效应，两个匹配断口反复张开与闭合，不断摩擦使得源区的光泽较亮粗糙度较小。而随着疲劳裂纹稳定扩展，裂纹尺寸不断增大，实际承受载荷有效面积逐渐减小，试样的受力状态发生改变，试样承受应力逐渐增大，裂纹闭合效应逐步减弱，疲劳裂纹扩展速率加快，裂纹扩展步长增大，造成该区域粗糙度增大。当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时，试样出现瞬断，形成瞬断区域，断面起伏较大，其特征与静载拉伸断口较为相似。断口不同区域的粗糙程度反映了疲劳断裂时不同时段试样所承受的载荷作用。安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线图硝接触式光学轮廓仪图示为激光冲击处理试样对应平均应力下疲劳断口不同区域粗糙度。图疲劳源区安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线图距疲劳裂纹源区图距疲劳裂纹源处由图可以看出，在同种情况下，越靠近疲劳源处越精确即粗糙度小，而在定范围内离疲劳裂纹源越远越粗糙，这是因为随着疲劳裂纹稳定扩展，裂纹闭合效应逐步减弱，疲劳裂纹扩展速率加快，故其粗糙度值越大，所以有效抑制疲劳裂纹的扩展，可以提高表面粗糙度。表所示激光冲击与未受激光冲击试样在平均应力为和下的疲劳断口不同区域粗糙度测量值。安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线表激光冲击与未受冲击试样在不同应力水平下疲劳断口不同区域粗糙度值粗糙度未冲击样激光冲击样未冲击样激光冲击样疲劳源区距疲劳源区距疲劳源区粗糙度平均值图为不同处理状态下疲劳断口不同区域粗糙度对比坐标图。四种不同处理状态下的疲劳断口，沿裂纹扩展方向距疲劳源距离的增加粗糙度逐渐变大，这主要是因为裂纹扩展的不同阶段试样承受载荷水平不同所致。在同载荷水平下，激光冲击处理后疲劳断口不同区域的粗糙度整体相比未受冲击处理断口较小，这可能是因为激光冲击强化致使试样表层产生了残余压应力，抑制了裂纹扩展速度，裂纹扩展步长减小，因此粗糙度变小在同种处理状态不同载荷下，发现在下所对应的疲劳断口三个区域粗糙度均小于所对应的疲劳断口。说明同种处理状态下，载荷越小，裂纹扩展速率越小，裂纹扩展步长越小，从而粗糙度越小④对比四种疲劳断口的粗糙度，可发现，对于三个区域粗糙度平均值，其中激光冲击样在平均应力下平均粗糙度最小，而未受冲击样在平均应力下平均粗糙度最大，其平均粗糙度大小排列顺序依次为激光冲击样未冲击样激光冲击样未冲击样，图不同处理状态下疲劳断口不同区域粗糙度对比安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线这与种试样所对应的疲劳寿命大小顺序相同，这说明断面平均粗糙度与疲劳裂纹扩展速率呈现相同趋势，且断面平均粗糙度，疲劳寿命越大。故可得出结论，疲劳断面粗糙度在定程度上反应了材料抗疲劳性能的强弱，激光冲击强化诱导材料表层产生的残余压应力与外载荷叠加，降低了试样应力水平，抑制了裂纹扩展速率，裂纹扩展步长减小，裂纹闭合效应增强，表现出断面粗糙度较小。本章总结本章是本论文的核心部分，通过实验分析激光冲击对残余应力，疲劳寿命及表面硬度的影响，实验时以实验数据分析为主，而不是以模拟分析代替，所的出来的结果更有说服力。残余应力是激光冲击要得到的重要部分，通过分析残余应力分布，就可以更加清楚地分析疲劳寿命。硬度是材料的重要性质，提高硬度，会使材料应用价值更大。本实验说明了理冲击区越远冲击效果越差。受激光冲击的试件的疲劳寿命比未受冲击的试件好倍，这个结果是积极的，这也许能为激光冲击强化技术的发展起到巨大作用。断口分析更清晰反映出了裂纹扩展机理，这对于研究疲劳裂纹有着很大的作用，裂纹是定存在的，但可以尽量消除部分，延长其疲劳寿命，所以通过断口分析我们可以更好地去找出提高疲劳寿命的方法。对于单面激光冲击处理后的试样，疲劳裂纹源在试样未受冲击面的小孔边缘附近，裂纹扩展呈弧线状，而对于未受冲击试样，疲劳裂纹源在小孔边缘附近，裂纹扩展呈放射状，激光冲击强化处理改变了裂纹扩展方向，抑制了裂纹扩展速率，从而提高了试样的疲劳寿命。疲劳断口沿裂纹扩展方向距疲劳源距离的增加粗糙度逐渐变大，在同载荷水平下，激光冲击处理后试样疲劳断口不同区域的粗糙度相比未受冲击处理试样疲劳断口对应区域粗糙度较小。安徽工业大学毕业设计论文说明书装订线第五章