Ｋ２４合金是研製的一種新型的鑄造鎳基高溫合金， 應用於(yu) 新一代戰鬥機發動機噴管等重要的熱端部件。 激光衝(chong) 擊強化技術（ＬＳＰ： ｌａｓｅｒ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）是利用高功率密度（ＧＷ／ｃｍ２）、 短脈衝(chong) （ｎｓ量級）激光束照射金屬時產(chan) 生高強度衝(chong) 擊波在金屬材料或零件表層形成數百個(ge) ＭＰａ的殘餘(yu) 壓應力， 從(cong) 而改善金屬材料性能的一項新技術， 目前已被廣泛應用於(yu) 材料表麵改性的研究中。 激光淬火是以高能量的激光束快速掃描金屬工件， 使被照射的金屬或合金表麵溫度以極快速度升高到相變點而低於(yu) 融化溫度， 當激光束離開被照射部位時， 由於(yu) 熱傳(chuan) 導的作用， 處於(yu) 冷態的基體(ti) 使其迅速冷卻而進行自動淬火， 它可以有效提高金屬材料或零件的表麵硬度、耐磨性、 耐蝕性以及強度和耐高溫特性。

基於(yu) 強化目的， 本文利用激光淬火與(yu) 激光衝(chong) 擊強化技術對Ｋ２４超合金表麵進行了複合處理，並用Ｘ－３５０ Ａ型Ｘ射線應力儀(yi) 測定了激光衝(chong) 擊處理熔敷區後的殘餘(yu) 應力， 同時分析了激光衝(chong) 擊前後熔敷區在５００℃回火處理８、 １６ ｈ工藝後的殘餘(yu) 應力變化規律， 研究了殘餘(yu) 應力對Ｋ２４超合金疲勞壽命的影響，給以後的研究工作提供了試驗和理論依據。

試樣材料
試樣材料為(wei) Ｋ２４超合金， 其主要成分的質量分數如表１所示。 另外， 該合金中還有大量的金屬間化合物與(yu) 碳化物（如ＴｉＣ）作為(wei) 強化相， 還有氮化夾雜物存在。 由於(yu) 這些特殊的金相結構，Ｋ２４具有非常優(you) 異的高溫綜合性能， Ｋ２４的力學性能如下： 抗拉強度ｏｒ≥８３０ ＭＰａ； 伸長率艿≥５％； 斷麵收縮率９≥７％； 硬度ＨＲＣ為(wei) ４８～５５；９７５℃ 、 １９６ ＭＰａ持久時間￡ ≥４０ ｈ。 試樣尺寸為(wei) ３０ ｍｍ× ２０ ｍｍＸ２ ｍｍ。 激光衝(chong) 擊時采用Ｋ９光學玻璃為(wei) 約束層， 用８６－１型黑色塗料作為(wei) 激光能量吸收層。

試驗裝置及參數選擇
使用強激光實驗室的快速軸流Ｃ０２多功能激光器對Ｋ２４超合金試樣進行激光淬火，激光淬火的參數均為(wei) ： 功率１０００ Ｗ， 掃描速度６ｍｍ／ｓ， 光斑尺寸拳３ ｍｍ。 激光衝(chong) 擊強化處理試驗在該實驗室的重複率釹玻璃高功率激光衝(chong) 擊強化裝置上進行， 其工藝參數如表２所示。

驗證方法
用快速軸流ＣＯ： 多功能激光器對Ｋ２４超合金進行激光淬火處理， 然後對淬火區域進行激光衝(chong) 擊強化處理， 並用Ｘ－３５０ Ａ型Ｘ射線應力儀(yi) 沿ｚ方向（水平方向）測量了１４個(ge) 點， 兩(liang) 點之間間隔為(wei) 0.4ｍｍ（女ＩＩ圖１所示）， 測定了激光衝(chong) 擊處理熔敷區後的殘餘(yu) 應力， 同時也測定了激光衝(chong) 擊前後熔敷區在５００℃回火處理８、 １６ｈ工藝後的殘餘(yu) 應力變化。

餘(yu) 應力測試結果
利用Ｘ３５０Ａ型Ｘ射線應力儀(yi) 對試樣進行了Ｘ射線衍射分析， 其Ｘ射線發射管管電壓２２ ｋＶ，管電流６ ｍＡ， 鉻靶Ｋ特征輻射， 準直管直徑， １２ｍｍ， ２０掃描步進角０． １。 ， 時間常數１ Ｓ， 掃描起始角及終止角分別為(wei) １２５。 和１３３。 ， 側(ce) 傾(qing) 角緲分別取０。 、 ４５。 和９０。 。 對於(yu) 鉻靶Ｋ。 特征輻射， Ｋ２４為(wei) （２２２）晶麵， Ｘ射線吸收係數取一2.5× 105ｍ～， 圖２為(wei) 激光衝(chong) 擊熔敷區域某點在側(ce) 傾(qing) 角為(wei) 0°時的殘餘(yu) 應力測試結果。

Ｋ２４超合金廣泛用在高溫（600-1200℃）和複雜應力條件下長期工作的關(guan) 鍵部件。 測試時應考慮衝(chong) 擊表麵在激光光束掃描方向和與(yu) 之垂直方向上所受到基材約束狀態的不同。 在測量試樣表麵殘餘(yu) 應力時分別測出側(ce) 傾(qing) 角為(wei) 0.，45 和90。 三
多個(ge) 方向的應力值， 由應力合成公式可以計算出主應力

圖３為(wei) Ｋ２４激光淬火與(yu) 激光衝(chong) 擊處理及回火處理後的殘餘(yu) 應力分布。 由於(yu) Ｘ射線對金屬的穿透深度大約為(wei) ２０ ｐ． ｍ， 所以試驗中測出的應力值是在２０肛ｍ層內(nei) 的平均應力值。 從(cong) 試驗結果（見圖３（ａ））可知， Ｋ２４經激光淬火後， 在衝(chong) 擊區域、 影響區域、 未衝(chong) 擊區域的殘餘(yu) 應力以及經激光衝(chong) 擊處理、 經激光衝(chong) 擊回火處理後的殘餘(yu) 應力如表３所示。

由圖３（ｂ）可知， Ｋ２４經激光淬火後， 在衝(chong) 擊區域、 影響區域、 未衝(chong) 擊區域的殘餘(yu) 應力以及經高溫回火處理、 經激光衝(chong) 擊回火處理後的殘餘(yu) 應力如表４所示。

試驗結果分析與(yu) 討論

表麵殘餘(yu) 應力狀態對材料的疲勞抗力有顯著影響。 殘餘(yu) 應力在疲勞載荷中起著平均應力的等效作用， 殘餘(yu) 壓應力相當於(yu) 負平均應力， 它提高疲勞強度。 殘餘(yu) 拉應力相當於(yu) 正平均應力， 它降低疲勞強度， 對裂紋長度已經超過閾值的已損傷(shang) 葉片， 可以先采用激光淬火、 激光焊接等修補方式， 然後對修補區進行激光衝(chong) 擊處理， 由於(yu) 衝(chong) 擊區材料的反作用， 將在衝(chong) 擊區產(chan) 生殘餘(yu) 壓應力。殘餘(yu) 壓應力可以降低交變載荷中的拉應力水平，使平均應力水平下降， 從(cong) 而延緩了疲勞裂紋的萌生壽命。 同時由於(yu) 殘餘(yu) 壓應力的存在， 可引起裂紋的閉合效應， 導致疲勞裂紋擴展的有效驅動力降低， 因而延長了疲勞裂紋的擴展壽命。

激光淬火後再用激光衝(chong) 擊的複合處理技術與(yu) 單純激光淬火相比有本質的不同， 主要體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵。
（１）作用機製不同： 激光淬火後再用激光衝(chong) 擊強化是利用激光衝(chong) 擊波的力學效應， 在金屬表麵形成高幅值殘餘(yu) 壓應力， 從(cong) 而有效增加疲勞壽命。而激光淬火和焊接是熱效應。
（２）殘餘(yu) 應力性質不同： 激光淬火＋激光衝(chong) 擊強化形成高幅值表麵殘餘(yu) 壓應力， 十分有效地延緩了裂紋的擴展速度， 激光衝(chong) 擊損傷(shang) 的飛機葉片，材料為(wei) Ｔｉ６Ａ１４Ｖ， 葉片進氣邊有寬為(wei) ０． ２ ｍｍ、 長為(wei) ０． ９ ｍｍ的裂紋。 由於(yu) 損傷(shang) 後葉片的疲勞強度下降了４０％， 所以裂紋的長度隨著循環的次數增加呈指數關(guan) 係急劇增長， 很快就斷裂。 但經過激光衝(chong) 擊後， 裂紋長度幾乎不隨循環次數的增加而增加， 從(cong) 而極大地延長了疲勞壽命。 激光淬火和焊接由於(yu) 熱效應產(chan) 生殘餘(yu) 拉應力， 必須有隨後的工序消除殘餘(yu) 拉應力， 否則疲勞壽命會(hui) 急劇下降， 這增添了工序和成本。
（３）環保性優(you) 異： 激光複合處理技術簡單快捷， 不需要添加任何輔助金屬材料。 即使對易氧化的鈦合金， 激光複合處理技術也不需要在密封的充滿惰性氣體(ti) 的環境中進行， 效率高。 該技術避免了采用回爐、 冶煉等回收方式時對環境的二次汙染， 其加工是從(cong) 已成形的金屬零部件開始， 從(cong) 而大大減少了零部件初始製造過程對環境的汙染和危害。

結 論
（１）Ｋ２４超合金經激光淬火後再用激光衝(chong) 擊的複合處理後， 可以明顯改善處理區域的殘餘(yu) 應力， 有利於(yu) 提高金屬的表麵硬度、 抗磨、 抗腐蝕等機械性能。
（２）複合處理對提高Ｋ２４超合金機械性能效果十分明顯， 其表麵殘餘(yu) 應力均表現為(wei) 壓應力， 可以對Ｋ２４超合金直接修複和再製造， 節約了直接製造的成本並減少了人維護人工費用， 具有巨大、 潛在的經濟效益和社會(hui) 效益。