激光冲击强化理论与技术 李应红 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李应红 著

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• 激光冲击强化
• 表面工程
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• 金属材料
• 工艺技术
• 机械工程
• 物理冶金
• 强化技术
• 冲击强化
• 李应红

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030374592

商品编码：29779802089

包装：精装

出版时间：2013-03-01

基本信息

书名：激光冲击强化理论与技术

定价：118.00元

作者：李应红

出版社：科学出版社

出版日期：2013-03-01

ISBN：9787030374592

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《激光冲击强化理论与技术》是航空推进技术专家李应红教授的**研究成果，金属材料新型表面强化技术——激光冲击强化进行了深入、系统的讨论。《激光冲击强化理论与技术》的出版将推动冲击波作用下材料的动态响应、激光冲击强化技术应用研究，促进激光冲击强化在飞机/发动机、地面燃气轮机等部件上的应用，提高装备的安全性和可靠性，为*终实现该技术的规模化工业应用提供理论基础和技术指导。《激光冲击强化理论与技术》的特色是从激光冲击强化机理、设备、工艺和应用等方面，“四位一体”开展研究，系统性强；提出了激光等离子体冲击波表面纳米化，并探讨了相应的机理和应用方法，创新性好；理论结合实际对具体部件进行激光冲击强化设计，工程应用价值较高。

内容提要

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激光冲击强化技术是一种使用千兆瓦级纳秒脉冲激光辐照金属表面，产生高压等离子体冲击波，对金属表面进行改性，使其产生残余压应力、高密度位错和表面纳米化的新技术。该技术具有强化效果佳、可控性强、适应性好等优点，可成功用于提高部件的疲劳强度、消除焊接残余拉应力等方面。《激光冲击强化理论与技术》系统了介绍激光冲击强化理论和技术，主要内容包括：激光诱导等离子体冲击波原理及在介质中传播的特性，冲击波作用下材料表层残余应力场和表面纳米化及其提高疲劳性能的规律和机理，激光冲击强化应用技术和规范等

目录

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作者介绍

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李应红教授，1963年1月生，空军工程大学航空等离子体动力学国防科技重点实验室和飞机推进系统军队重点实验室主任，航空宇航推进理论与工程国家重点学科建设责任人，担任国家安全重大基础研究首席专家。曾当选全国科技工作者、全军英模代表大会代表，入选首批新世纪百千万人才工程*人选、国家教育部“新世纪人才支持计划”，获中国工程院“光华工程科技奖青年奖”、中国科协“求是杰出青年实用工程奖”、军队杰出专业技术人才奖，享受特殊津贴。获国家科技进步一等奖1项，三等奖1项，国家教学成果二等奖1项，军队科技进步一等奖3项、二等奖6项，军队教学成果一等奖2项，发明20项（13项排名）。发表论文130余篇，SCI、EI、ISTP收录102篇，出版专著1部，参编国外专著4部。

文摘

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序言

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激光冲击强化：一种精细化的材料表面处理技术 引言 在现代工程领域，材料的性能往往成为制约技术进步的关键瓶颈。尤其是对于承载高应力、经历复杂载荷的构件，其表面的微观结构和宏观性能直接决定了整体的可靠性和使用寿命。传统的材料强化手段，如热处理、机械加工等，虽然能够改善材料性能，但在精度、可控性以及对材料微观结构的细致调控方面存在一定局限。正是在这样的背景下，激光冲击强化（Laser Shock Peening, LSP）技术应运而生，并迅速发展成为一种备受瞩目的先进材料表面处理技术。它以激光为能量源，通过瞬时高压冲击，在材料表面诱导产生塑性变形，从而显著提升材料的抗疲劳、耐磨损、抗应力腐蚀等性能，为众多高科技领域提供了强有力的技术支撑。 一、 激光冲击强化的基本原理 激光冲击强化技术的核心在于利用高能量激光脉冲与材料表面相互作用产生的瞬时高压。其基本过程可以概括为以下几个关键步骤： 1. 约束层（Water Layer）的形成与能量吸收： 通常，激光冲击强化处理时，会在金属工件表面覆盖一层透明的约束层，最常见的是水。当高能量激光脉冲穿透约束层，照射到金属表面时，激光能量被金属表面极小的区域吸收，导致该区域的材料瞬间被加热至极高的温度，并发生等离子化。 2. 等离子体羽的膨胀与冲击波的产生： 吸收了激光能量的材料瞬间汽化，形成一个极高温、高密度的等离子体羽。该等离子体羽在惯性作用下，会以极高的速度向外膨胀。由于约束层的存在，等离子体羽的膨胀受到限制，从而产生一个极高的、短时存在的压力。这个压力可以达到几GPa到几十GPa，其上升速率极快（纳秒量级）。 3. 冲击波在材料内部的传播： 产生的瞬时高压作用于材料表面，形成一个强烈的压缩冲击波。该冲击波以极高的速度（接近材料中声速）向材料内部传播。 4. 塑性变形的诱导： 当冲击波的峰值压力超过材料的屈服强度时，会在材料表面及其近表面区域（通常为几十到几百微米深度）诱导产生显著的塑性变形。这种塑性变形不是简单的表面擦伤，而是由位错的产生、运动和缠结所引起的晶格结构的改变。 5. 残余压应力的形成： 冲击波在传播过程中，会经过弹性变形和塑性变形的区域。当冲击波从材料内部传播到自由表面时，其行为会发生改变，压力急剧下降。而在冲击波传播过程中，尤其是当冲击波的某个部分受阻于更深层材料的阻碍而发生反射，或者在冲击波传播过程中，塑性变形的区域与弹性变形区域之间产生应力差时，会在材料表面及其近表面区域留下永久性的残余压应力。这种残余压应力是激光冲击强化最核心的强化机制。 二、 激光冲击强化的技术参数与影响因素 激光冲击强化的效果受到多种技术参数的影响，精细地控制这些参数对于获得最优的强化效果至关重要。 1. 激光参数： 激光波长： 不同的波长对材料的吸收率有影响，进而影响等离子体的产生效率。 激光能量密度（Fluence）： 这是影响冲击波强度和塑性变形深度的最关键参数。能量密度过低，无法有效诱导塑性变形；能量密度过高，可能导致表面熔化、烧蚀，甚至材料损伤。 脉冲宽度： 激光脉冲的宽度决定了等离子体的形成和压力加载的时间。通常采用纳秒级的短脉冲。 重复频率： 对于连续处理，重复频率影响处理效率和累积效应。 2. 约束层参数： 约束层材料： 常见如水、透明塑料薄膜等，其选择影响能量传递和冲击波的衰减。 约束层厚度： 适中的厚度能够有效地约束等离子体膨胀，产生更高的冲击压力，同时避免过度的能量损耗。 3. 材料特性： 材料的屈服强度和弹性模量： 这些参数决定了材料抵抗塑性变形的能力，以及冲击波的传播速度。 材料的热物理性能： 如热导率、比热容等，影响能量吸收和等离子体温度的形成。 晶体结构和微观组织： 不同晶体结构和微观组织的材料，其位错行为和变形机制可能存在差异，从而影响强化效果。 4. 工艺参数： 冲击区域重叠率（Overlap）： 为了获得连续的强化区域，通常需要将相邻的激光冲击区域进行重叠。重叠率的大小影响强化区域的均匀性和整体性能提升的程度。 冲击角度： 激光束与材料表面的夹角会影响能量的吸收和冲击波的传播方向。 三、 激光冲击强化的强化机制与效果 激光冲击强化通过在材料表面诱导塑性变形，主要带来以下几个方面的强化效果： 1. 引入高强度残余压应力： 这是激光冲击强化最显著的机制。深层、高强度的残余压应力能够有效地抵消外加的拉应力，从而提高材料的抗疲劳性能。即使在构件工作时承受拉应力，这些拉应力也会被表面的压应力部分抵消，降低了疲劳裂纹萌生和扩展的驱动力。 2. 显微组织细化与位错密度增加： 激光冲击过程引起的瞬时塑性变形，会激活材料内部的位错运动，产生大量的位错。这些位错会相互缠结、钉扎，形成位错墙和位错胞等亚结构，阻碍位错的进一步运动，从而提高材料的屈服强度和硬度。同时，部分材料在冲击作用下可能会发生动态回复或动态再结晶，导致晶粒细化，进一步改善材料的力学性能。 3. 表面形貌改变： 激光冲击会使材料表面产生一定的微观起伏，但通常在可控范围内。在某些情况下，这种轻微的表面形貌改变甚至可能带来一定的抗磨损性能提升。 四、 激光冲击强化的优势与应用领域 相较于传统的表面强化技术，激光冲击强化技术展现出独特的优势： 高精度和可控性： 激光的聚焦特性使得处理区域非常精细，可以精确控制强化区域和深度，适用于复杂形状的工件。 无接触处理： 激光是非接触式处理，不会对工件表面造成机械损伤，尤其适合于精密部件。 处理范围广： 适用于各种金属材料，包括但不限于铝合金、钛合金、钢、镍基合金等。 环境友好： 相较于一些需要使用化学试剂的表面处理方法，激光冲击强化更加环保。 性能提升显著： 在疲劳寿命、耐磨性、抗应力腐蚀等方面的提升效果非常显著。 基于以上优势，激光冲击强化技术在多个高科技领域得到了广泛应用： 航空航天： 飞机发动机叶片、起落架、机体结构件等，这些部件承受极端载荷和恶劣环境，激光冲击强化能够显著提高其抗疲劳和抗应力腐蚀性能，保障飞行安全。 汽车工业： 齿轮、曲轴、连杆等关键发动机零部件，以及悬架系统、刹车盘等，激光冲击强化可以提高这些部件的耐磨性和疲劳寿命，提升汽车的可靠性和使用寿命。 能源领域： 燃气轮机叶片、核电站关键构件、石油化工设备等，这些设备在高温、高压、腐蚀性环境下运行，激光冲击强化能够有效抵抗疲劳破坏和应力腐蚀。 医疗器械： 植入式医疗器械，如人工关节、骨科植入物等，其表面性能直接关系到患者的健康和寿命，激光冲击强化能够提高其耐磨损和抗腐蚀性能。 精密机械： 高精度轴承、模具、光学元件等，激光冲击强化能够提高其表面精度和使用寿命。 五、 发展趋势与未来展望 随着激光技术和材料科学的不断进步，激光冲击强化技术也在持续发展。未来的发展方向可能包括： 更高效、更紧凑的激光器： 提高激光器的能量转换效率，减小设备体积，降低成本。 智能化控制系统： 实现更精确的工艺参数自动调节，提高处理的一致性和效率。 多功能集成： 将激光冲击强化与其他表面处理技术（如激光表面重熔、激光焊接）相结合，实现更复杂的功能。 新型约束层材料与方法： 探索更优化的约束层材料和工艺，进一步提高冲击压力和塑性变形深度。 理论模拟与仿真： 结合先进的数值模拟技术，更深入地理解激光冲击过程中的微观机制，指导工艺优化。 结论 激光冲击强化技术以其独特的物理机制和显著的性能提升效果，已成为现代工程材料表面处理领域的重要一员。它通过精确控制激光能量，在材料表面诱导产生高强度的残余压应力，显著提高了材料的抗疲劳、耐磨损和抗应力腐蚀性能。随着技术的不断成熟和应用领域的不断拓展，激光冲击强化必将在推动高科技产业发展，提升产品可靠性和使用寿命方面发挥越来越重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

最近在书店淘到一本关于材料科学的书，虽然具体内容我还没来得及细看，但光是看书名和装帧就让人眼前一亮。《先进材料的微观结构调控及其力学性能演化》这个标题听起来就充满了深度和前沿性。我猜这本书很可能会深入探讨材料在不同尺度下的结构变化，比如晶界、位错、以及更细微的原子排列，是如何影响宏观上的强度、韧性和疲劳寿命的。而且，“力学性能演化”这个词意味着它不只是静态的分析，更会涉及材料在受力过程中的动态响应和随时间推移的性能变化，这对于理解工程结构的安全性和可靠性至关重要。我尤其期待它能提供一些最新的实验技术，比如同步辐射、高分辨透射电镜在实时观测材料变形过程中的应用案例。如果书中能结合大量的图表和案例分析，那就太完美了，能帮助我们这些初学者快速建立起从微观到宏观的完整认知框架。这本书的厚度看起来也相当可观，想必内容详实，绝对值得我花时间沉下心来钻研一番。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧走的是一种极简的学术风，书名是《表面工程技术在精密机械中的抗磨损策略》。这让我联想到我们日常生活中遇到的各种机械零部件的寿命问题，磨损是不可避免的致命伤。这本书的重点显然是如何通过改性材料表面来大幅提升其耐磨性能，同时又不牺牲基体的韧性。我猜内容会非常务实，涵盖热喷涂、PVD/CVD镀膜、渗碳渗氮等多种经典的表面处理技术。但我更希望看到的是结合了纳米结构和功能梯度材料的最新表面改性理念，例如如何通过构建自润滑或超硬的复合涂层来应对高接触应力。如果书中能详细对比不同工艺在特定工况下的优劣势，比如在真空环境、高湿度环境下的表现差异，并提供实际的工艺参数窗口，那它就从一本理论参考书变成了一本实用的“工具手册”。

评分☆☆☆☆☆

我最近在关注增材制造（3D打印）金属部件的质量控制问题，正好看到这本书的标题是《激光增材制造金属零件的缺陷控制与后处理优化》。这本书直击了增材制造从实验室走向工业化应用的核心痛点。打印过程中产生的孔隙率、未熔合、残余应力以及层间结合不良，都是制约其可靠性的关键因素。我希望作者能深入剖析这些缺陷的形成机理，是粉末质量问题、激光能量密度控制不当，还是冷却速率过快导致的？更重要的是，关于“后处理优化”，我期待看到有关热等静压（HIP）、热处理（如均匀化、时效）对消除内部缺陷、细化晶粒、降低残余应力的量化研究数据。如果书中能提供一套基于缺陷扫描检测（如CT扫描）结果的反向工程优化流程，指导我们如何调整打印参数来预先规避这些问题，那么这本书的价值就不仅仅停留在解释现象，而是上升到了解决实际问题的层面。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本《多尺度数值模拟在材料断裂力学中的应用进展》，我立刻感受到了它强烈的计算导向性。现在的材料研究，实验和理论越来越离不开强大的计算工具支撑。这本书显然是聚焦于如何用数值方法，从原子尺度的分子动力学模拟（MD），过渡到介观尺度的有限元分析（FEM），乃至宏观尺度的结构分析，来实现对材料裂纹萌生、扩展和最终失效过程的精确预测。我非常期待书中能有关于不同尺度模拟方法之间的耦合技术，比如如何将MD的结果映射到FEM模型的初始条件中，这种跨尺度的信息传递是数值模拟中最具挑战性的部分。另外，对于本构关系模型的建立，尤其是针对复杂加载路径下的非线性材料行为，如果能有深入的探讨和代码实现层面的指导，那对于工程应用层面的读者来说，无疑是巨大的福音。希望它能清晰地阐述每种方法的适用范围、计算成本以及精度限制，避免新手盲目套用。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《极端环境高熵合金的设计、制备与性能评价》时，我的第一感觉是：这绝对是冶金领域当前的热点和难点所在。高熵合金本身就代表着材料科学的前沿方向，它挑战了传统合金设计的“主元”概念，用等摩尔或接近等摩尔的五种以上元素创造出全新的微观结构和性能空间。这本书如果能系统梳理从第一性原理计算指导下的成分设计，到熔炼、快速凝固等制备工艺的优化路径，那简直就是一本宝典。我特别关注“极端环境”这四个字，它意味着书中可能涉及高温抗氧化、超低温脆性、强辐照损伤抵抗能力等，这些都是航空航天、核能等尖端领域对材料的苛刻要求。我希望作者能提供详尽的相稳定性和析出动力学分析，毕竟高熵合金的微观结构稳定性是其大规模应用的最大障碍。如果能看到不同元素组元对局域应变场和位错运动的影响的详细论述，那这本书的价值就无可估量了。