铸铁以其熔点低、铸造性好、机械加工性能优、抗变形、耐磨损等特点,广泛应用于流体机械、汽车零部件、机床工业等重要领域。铸铁常用于制作耐磨损的零件,因而对铸铁材料的表面完整性提出了更高的要求。激光空化强化技术作为一种新型表面强化技术,利用激光诱导空泡引起的射流作用于材料表面,使其发生塑性变形并产生残余压应力,达到改善材料表面完整性的目的。本文以HT200铸铁作为研究对象,对空泡溃灭产生微射流以及材料塑性变形进行了模拟研究;通过实验分析了不同激光参数下空化作用对铸铁表面形貌及残余应力的影响;研究了铜覆层工艺对HT200铸铁表面完整性的影响。本文的主要研究内容和结果如下:(1)理论分析了激光诱导空泡对铸铁材料表面的作用机理,通过分析和计算获得了近壁面空泡溃灭产生射流的参数,研究了相对距离参数对微射流的影响;并从材料塑性形变的角度阐述了铸铁材料的强化机理,研究结果表明:微射流强化是激光空化强化铸铁材料的重要因素。(2)利用ANSYS软件Fluent模块对近壁面附近空泡生长情况及空泡溃灭产生微射流的现象进行了模拟分析,获得射流的速度、时间等参数的变化规律。利用Autodyn模块中的光滑粒子动力学求解器和拉格朗日求解器,对材料受射流冲击后的表面形貌以及残余应力分布进行了仿真研究。模拟结果表明,当相对距离参数γ=0.1时,材料表面会出现速度高达490m/s、持续时间为8μs的射流;激光空化作用后铸铁表面会出现局部剥蚀现象,最大形变出现在作用区域中心,而残余应力分布中心位于在材料亚表层。(3)搭建激光诱导空泡强化平台,提出了在铸铁材料表面粘贴铜箔的工艺方法,利用激光共聚焦显微镜和X射线衍射仪测量并分析了不同激光能量、离焦量、覆层条件下的材料表面形貌与残余压应力。实验结果表明,激光空化作用后铜覆层区域的表面粗糙度与无覆层区域相比平均降低57.8%;激光能量为400mJ时的铜覆层区域残余应力值与激光能量为200mJ时的无覆层区域应力值相等。(4)分析总结了激光诱导空泡对HT200铸铁材料表面的强化机理,激光诱导空泡产生的微射流冲击铸铁表面,材料表层发生塑性形变,引起残余应力的提高,完成对材料表面的强化;铜覆层工艺可以在强化材料表面的同时较高程度地保持甚至改善表面完整性,铜覆层在强化对表面完整性要求较高的零部件时更有优势。