Влияние плотности мощности лазерной ударной обработки на пиковое давление, профиль импульса и остаточные напряжения в образцах из титановых сплавов

Исследовано влияние плотности мощности лазерной ударной обработки на давление ударной волны и уровень остаточных напряжений. Выполнено сравнение форм импульсов давления при одинаковой плотности мощности для титановых сплавов с целью последующего математического моделирования процесса лазерной ударной обработки. Анализ результатов исследования для нескольких материалов показал, что при определенной плотности мощности уровень остаточных напряжений выходит на асимптоту и далее почти не изменяется. Причем в зависимости от типа сплава меняется не только наклон кривой, но и плотность мощности, при которой остаточное напряжение выходит на асимптоту при одном проходе лазера. При увеличении числа проходов лазера уровень и глубина остаточных напряжений возрастают линейно — до 10…15 и 30 % соответственно. После одного прохода лазера у большинства материалов максимальное значение остаточных напряжений находится в диапазоне (–0,5…0,7)σ_0,2, после двух — в интервале (–0,5…0,8)σ_в. Причем лазерная ударная обработка определенных металлов, в частности алюминиевых сплавов, приводит к созданию остаточного напряжения, равного –0,9σ_0,2 и более при двух проходах и свыше.
EDN: AGQQQB, https://elibrary/agqqqb

Литература

[1] Иноземцев А.А. Развитие технологий в отечественном гражданском авиадвигателестроении. Труды Академии наук авиации и воздухоплавания, 2024, № 1, с. 4–17.

[2] Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2. Москва, Машиностроение, 2008. 368 c.

[3] Wang M., Chen X., Dai F. et al. Effects of different laser shock processes on the surface morphology and roughness of TC4 titanium alloy. J. Mater. Process. Technol., 2024, vol. 325, art. 118301, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118301

[4] Ebrahimi M., Amini S., Seyed M. The investigation of laser shock peening effects on corrosion and hardness properties of ANSI 316L stainless steel. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2017, vol. 88, no. 5-9, pp. 1557–1565, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-016-8873-0

[5] Umapathi A., Swaroop S. Mechanical properties of a laser peened Ti-6Al-4V. Opt. Laser Technol., 2019, vol. 119, art. 105568, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105568

[6] Ляхович Л.С., ред. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Москва, Металлургия, 1981. 424 с.

[7] Гидродробеструйный метод упрочнения деталей ГТД, основанный на пластическом деформировании поверхностного слоя. gidroabraziv.com: веб-сайт. URL: https://www.gidroabraziv.com/technology/gidrodrobestrujnyj-metod-uprochneniya-detalej-gtd/ (дата обращения: 15.08.2025).

[8] Габов И.Г., Миленин А.С., Ширяев А.А. и др. Влияние малопластичного выглаживания на параметры поверхностного слоя образцов лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титанового сплава. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024, № 4, с. 39–46. EDN: LWOOQO

[9] Ширяев А.А., Габов И.Г., Миленин А.С. и др. Сравнение методов упрочнения на предел выносливости лопаток из титанового сплава. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение, 2023, т. 25, № 4, с. 109–117.

[10] Новиков И.А., Ножницкий Ю.А., Шибаев С.А. Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор). Авиационные двигатели, 2022, № 2, с. 59–82, doi: https://doi.org/10.54349/26586061_2022_1_59

[11] Nie X., He W., Cao Z. et al. Experimental study and fatigue life prediction on high cycle fatigue performance of laser-peened TC4 titanium alloy. Mater. Sci. Eng. A, 2021, vol. 822, art. 141658, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141658

[12] Fang Y.W., Li Y.H., He W.F. et al. Effects of laser shock processing with different parameters and ways on residual stresses fields of a TC4 alloy blade. Mater. Sci. Eng. A, 2013, vol. 559, pp. 683–692, doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.09.009

[13] Ширяев А.А., Габов И.Г., Миленин А.С. и др. Влияние лазерного ударного упрочнения на параметры поверхностного слоя лопаток компрессора газотурбинного двигателя из титанового сплава. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение, 2024, т. 26, № 1, с. 66–73.

[14] Fang Y. Strengthening effects of the laser light impact on a TC17 blade in view of simulations and experiments. J. Russ. Laser Res., 2021, vol. 42, no. 3, pp. 328–339, doi: https://doi.org/10.1007/s10946-021-09966-1

[15] Wang С., Li K., Hu X. et al. Numerical study on laser shock peening of TC4 titanium alloy based on the plate and blade model. Opt. Laser Technol., 2021, vol. 142, art. 107163, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107163

[16] Fabbro R., Peyre P., Berthe L. et al. Physics and applications of laser-shock processing. J. Laser Appl., 1998, vol. 10, no. 6, pp. 265–279, doi: https://doi.org/10.2351/1.521861

[17] Bartolomei M., Kudryashev I., Sabirov R. et al. Numerical study of residual stress fields after double-sided symmetric laser shock peening of blade edge. Frat Integrita Strut., 2025, vol. 19, no. 72, pp. 26–33, doi: https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.72.03