激光冲击强化机理及其在航空构件上的应用

曹晓蝶 1，李莹华1，杨玉奇2，丁旺旺3，陈俊4，吴嘉俊1，赵吉宾5，乔红超5，赵永杰6（1.汕头大学 智能制造技术教育部重点实验室；2.沈阳飞机工业（集团）有限公司；3.电子科技大学（深圳）高等研究院；4.山东科技大学 机械电子工程学院; 5.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室；6.赫尔大学 科学与工程学院）

摘要：航空构件因服役环境恶劣、应力条件复杂等因素，常常发生疲劳断裂，这严重影响了航空发动机的安全可靠性。激光冲击强化技术因其具有在材料表层引入超过1 mm 的微观组织形变层和残余压应力层，并能极大提高材料的力学性能、提升金属零部件的疲劳寿命等特点，自诞生之日起便引起了广泛的关注，在航空发动机零部件的生产和修理中实现了批量化应用并取得了巨大的效益。首先概述了激光冲击强化的基本原理，分析了激光冲击强化对材料力学性能和微观组织演变规律的影响，揭示了激光冲击强化在提升金属零部件残余压应力、硬度、拉伸性能和疲劳性能等力学性能方面的显著优势。材料力学性能的变化和微观组织演变主要得益于激光冲击强化过程中等离子体诱导冲击波的应力效应，并就其微观组织演变过程总结激光冲击强化机制。此外，将深入讨论激光冲击强化在典型航空零部件方面的应用情况，分析总结了不同类型航空结构件的激光冲击强化特点与研究进展，探讨了激光冲击强化技术提升航空发动机系统安全可靠性方面的重要作用，旨在为进一步提升航空部件的综合性能提供理论参考。

关键词：激光冲击强化；航空构件；力学性能；微观组织演变