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激光冲击强化钛合金叶片产生塑性变形所需激光功率密度在6 GW/cm~2以上,TC17钛合金甚至需要达到8 GW/cm~2。当强冲击波传播至叶片自由表面时,幅值较大的压力波转换为拉力波,拉力波全部反射传入叶片内部,当反射拉力波与冲击卸载波相遇时,形成动态拉应力,动态拉应力持续时间和幅值满足一定阈值时,叶片自由表面产生层裂。为避免激光冲击强化叶片边缘自由表面产生的层裂现象,提高叶片强化效果,在叶片自由表面采用吸波层技术,研究三种状态无吸波层、铝箔吸波层以及铝箔+水帘吸波层的叶片自由表面形貌和防层裂机理。激光工艺参数:激光能量50 J,脉宽30 ns,波长1064 nm,光斑直径4-5 mm,叶片边缘强化区域为8-10 mm。吸收层为0.12 mm厚3M铝箔,约束层为1-2 mm厚去离子水帘。叶片材料为β锻TC17钛合金,微观组织为α+β型双相网篮组织,热处理工艺为800℃/4h固溶强化和630℃/8h时效处理,屈服强度为878.24MPa,抗拉强度为956.05MPa,延伸率为18.19%。吸波层为0.12 mm厚3M铝箔和1-2 mm厚去离子水帘。研究结果表明,高压冲击波在叶片自由表面反射条件为钛合金和空气,计算获得冲击波界面反射系数R=-1,高压冲击波全部转换为反射拉力波,拉力波强度大于钛合金层裂强度,钛合金发生层裂现象。冲击波界面反射条件为钛合金和铝箔、铝箔和空气,冲击波在钛合金和铝箔界面处反射系数R=-0.09,透射系数T=0.91,即91%冲击波压力传入铝箔内,钛合金反射波强度较小,避免钛合金发生层裂现象。因冲击波在铝箔和空气界面处反射系数R=-1,所以铝箔内反射波强度为冲击波强度91%,当铝箔内强反射拉力波到达钛合金和铝箔界面处时,因拉力波强度大于铝箔与钛合金自由表面粘合强度,引起铝箔发生气泡现象。冲击波在界面处反射条件为钛合金和铝箔、铝箔和水,冲击波在钛合金和铝箔界面处反射系数R=-0.09,透射系数T=0.91,91%冲击波压力传入铝箔内,钛合金反射波强度较小,避免钛合金发生层裂现象。冲击波在铝箔和水界面处反射系数R=-0.82,透射系数T=0.18,透射波被流动的去离子水带走,铝箔内反射波强度为冲击波强度的0.91×0.82=0.75,降低或消除铝箔气泡现象。防层裂机理为大量冲击波传入铝箔内部,然后被水帘带走,有效降低靶材和铝箔内部的反射波幅值。因此,吸波层对提高激光冲击强化叶片效果具有重要作用。研究结果为激光冲击强化在航空发动机叶片上的应用奠定基础。