激光冲击强化理论与技术9787030374592 科学出版社 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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• 工艺技术
• 强化技术
• 科学出版社
• 李应红

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030374592

商品编码：29452857850

包装：精装

出版时间：2013-03-01

图书基本信息
图书名称	激光冲击强化理论与技术
作者	李应红
定价	118.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030374592
出版日期	2013-03-01
字数
页码
版次	1
装帧	精装
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

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

作者简介

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。

目录

序 前言 章概述 1.1金属部件疲劳断裂与表面强化方法 1.1.1疲劳的危害 1.1.2疲劳破坏的过程和抗疲劳制造 1.1.3表面强化方法 1.2激光冲击强化基本原理与特点 1.2.1激光冲击强化基本原理 1.2.2激光冲击强化技术优势 1.3激光冲击强化理论和技术发展历程 1.3.1国外研究发展概况 1.3.2美国应用发展概况 1.3.3我国的发展概况 1.4激光冲击强化中的科学问题 1.4.1高压冲击波作用下材料的动态响应 1.4.2高能激光与材料的相互作用 1.4.3材料激光冲击强化中的多尺度力学问题 1.5激光冲击强化中的技术问题 1.5.1成套设备与综合控制技术 1.5.2强化过程在线监控与质量保证 1.5.3特殊部位强化关键技术问题 1.6本书的主要内容 参考文献 第2章激光诱导等离子体冲击波原理与特性 2.1激光与物质的相互作用基本原理 2.1.1激光辐照效应 2.1.2材料对激光的吸收 2.2激光等离子体基本原理与特性 2.2.1等离子体概念 2.2.2激光等离子体产生的时间尺度 2.2.3激光辐照形成等离子体的过程 2.2.4激光在等离子体中的吸收 2.2.5激光等离子体屏蔽效应 2.2.6激光等离子体的诊断 2.3激光诱导等离子体冲击波的模型与仿真 2.3.1激光维持的燃烧波和爆轰波 2.3.2爆轰波的C.J起爆模型及初始参数计算 2.3.3一维等离子体爆轰波模型研究概况 2.3.4约束条件下爆轰波二维辐射膨胀模型 2.3.5基于Fluent的模型仿真与分析 2.4激光诱导等离子体冲击波压力测试 2.4.1冲击波特性测试的方法 2.4.2水约束层对冲击波压力的影响 2.4.3功率密度及波长对冲击波压力的影响 2.4.4吸收保护层对冲击波压力的影响 参考文献 .viii.第3章激光等离子体冲击波在金属材料和空气中的传播 3.1冲击波作用下固体的基本方程式 3.1.1守恒方程 3.1.2固体材料的物态方程 3.2金属材料中的冲击波及其对材料作用过程 3.2.1冲击压缩条件下材料的强度特性 3.2.2激光冲击作用下材料的应变率 3.2.3弹性波和塑性波 3.2.4冲击波对金属材料的作用过程 3.3金属材料中冲击波的反射与衰减 3.3.1金属材料中冲击波的反射 3.3.2金属材料中冲击波的衰减 3.4激光等离子体声波在空气中的传播 3.4.1理想气体中冲击波基本关系 3.4.2激光等离子体声波的产生与发展 3.4.3激光等离子体声波特征测试与分析 参考文献 第4章激光冲击金属材料应力应变场数值仿真 4.1引言 4.2数值仿真基本方法 4.3高应变率条件下材料的动态本构模型 4.3.1常用动态本构模型 4.3.2材料动态本构模型修正 4.3.3模型参数获取方法 4.4板材激光冲击仿真与分析 4.4.1冲击波传播规律 4.4.2残余应力场的形成机制及分布特点 4.4.3不同冲击参数下激光冲击强化仿真 4.4.4激光冲击残余应力洞形成机制与分布特点 4.5构件激光冲击仿真分析和设计流程 4.5.1模拟叶片激光冲击强化仿真分析 4.5.2钛合金叶片的数值仿真分析 4.5.3基于数值仿真的激光冲击强化设计 参考文献 .ix.第5章激光冲击金属材料的残余应力测试与分析 5.1金属材料残余应力的测试方法 5.1.1X射线衍射法 5.1.2结合光栅应变花的盲孔法 5.2激光冲击金属材料的残余应力场特征 5.3强化参数对残余应力场的影响 5.3.1激光功率密度对残余应力场的影响 5.3.2光斑大小对残余应力场的影响 5.3.3脉宽对残余应力场的影响 5.3.4强化次数对残余应力场的影响 5.3.5约束层、吸收保护层对残余应力场的影响 5.3.6光斑搭接率对残余应力场的影响 5.3.7激光斜冲击角度对残余应力场的影响 5.3.8双面对冲下残余应力场分布情况 5.4激光冲击强化残余应力均匀性分析 5.4.1光斑形状与强化均匀性 5.4.2光斑布置方式和强化均匀性 5.5激光冲击强化后金属材料残余应力热松弛 5.5.1马氏体不锈钢激光冲击强化残余应力热松弛 5.5.2镍基高温合金激光冲击强化残余应力热松弛 参考文献 第6章激光等离子体冲击波表面纳米化 6.1引言 6.2激光等离子冲击波表面纳米化微观组织特征 6.2.1激光冲击钛合金表面纳米化 6.2.2激光冲击镍基高温合表面纳米化 6.2.3激光冲击马氏体不锈钢表面纳米化 6.2.4304不锈钢表面纳米化 6.3激光诱导等离子体冲击波表面纳米化机制 6.3.1位错的形成 6.3.2纳米晶的形成 6.3.3激光等离子冲击波表面纳米化参数范围 6.4激光等离子冲击波表面纳米晶热稳定性 6.4.1钛合金表面纳米晶热稳定性 6.4.2镍基高温合金表面纳米晶热稳定性 6.4.3激光冲击表面纳米晶的热稳定性机理 参考文献 .x.第7章激光冲击提高金属材料疲劳性能的作用及机制 7.1激光冲击金属材料表层硬化 7.1.1钛合金表面硬化 7.1.2镍基合金表层硬化 7.1.3不锈钢表层硬化 7.2激光冲击提高金属材料疲劳性能的试验结果 7.2.1振动疲劳试验考核方法 7.2.2激光冲击提高钛合金疲劳性能 7.2.3激光冲击提高镍基合金疲劳性能 7.2.4激光冲击提高不锈钢疲劳性能 7.2.5激光冲击提高铝合金疲劳性能 7.2.6激光冲击强化提高钛合金叶片抗外物打伤性能 7.3表面纳米化和残余压应力的复合强化机制 7.3.1表面纳米化提高疲劳强度机制 7.3.2残余压应力提高疲劳强度机制 参考文献 第8章激光冲击强化应用技术 8.1激光冲击强化的基本过程 8.2金属材料激光冲击强化应用规范 8.2.1金属材料激光冲击强化参数范围 8.2.2金属材料激光冲击强化疲劳强度提高的范围 8.2.3激光冲击强化质量检验方法 8.3特殊部件（位）激光冲击强化工艺技术 8.3.1薄壁叶片激光冲击强化工艺技术 8.3.2小孔孔边激光冲击强化技术 8.3.3叶片/盘榫槽部位激光冲击强化技术 8.4激光冲击强化复合修复技术 8.4.1激光修复技术 8.4.2激光焊接/熔覆与冲击复合修复技术 8.5激光冲击与表面扩散渗入复合技术 8.5.1激光冲击与渗铝复合处理 8.5.2激光冲击与渗氮复合处理 8.5.3激光冲击与渗碳复合处理 8.5.4激光冲击与表面扩散渗入复合技术机理 参考文献 .xi.第9章激光冲击强化成套设备技术 9.1激光冲击强化成套设备组成与通用设备 9.1.1激光冲击强化成套设备组成 9.1.2高功率脉冲激光器 9.1.3机器人 9.2吸收保护层自动涂覆/去除与外光路技术 9.2.1吸收保护层自动涂覆/去除装置 9.2.2外光路技术 9.3激光冲击强化控制与监控技术 9.3.1控制系统设计 9.3.2强化路径规划控制与定位控制技术 9.3.3激光冲击过程监控技术 参考文献

编辑推荐

《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。

文摘

序言

新材料塑性加工的革新力量——表面强化技术概览 在现代制造业蓬勃发展的浪潮中，材料性能的提升与加工技术的创新是推动产业升级的核心驱动力。特别是在航空航天、汽车、能源、生物医疗等对材料性能要求极高的领域，如何赋予材料更优越的力学、耐磨、耐腐蚀等性能，一直是科学家和工程师们不懈追求的目标。传统的材料制备和加工技术往往受限于材料本身的固有属性，而表面强化技术，作为一种在材料表面引入或改性，以显著提升其宏观性能的手段，近年来正以前所未有的速度发展，并展现出巨大的应用潜力。 表面强化技术的核心在于改变材料表面层的微观结构、物相组成或引入残余应力，从而在不显著改变材料整体尺寸和质量的前提下，赋予材料优异的综合性能。这项技术并非单一的工艺，而是一系列互为补充、相互促进的技术集合。其发展历程漫长而丰富，从最初简单的渗碳、氮化等热化学处理，到机械抛光、滚压等物理加工，再到如今激光、离子束、等离子等高能束技术，表面强化技术的广度和深度不断拓展，为工程材料的应用开辟了新的可能性。 宏观视角下的表面强化技术体系 从宏观层面来看，表面强化技术可以大致分为几大类，它们各自的原理、适用范围和最终效果各有侧重，共同构成了现代表面工程的重要组成部分。 一、热处理类强化技术： 这类技术主要通过改变材料表面的化学成分或晶体结构来提升性能。 渗层技术 (Case Hardening): 这是最经典的一类表面强化方法。通过将工件表面加热并与某些元素（如碳、氮）的富集介质接触，使这些元素扩散进入工件表面层，形成高硬度的化合物或固溶体。 渗碳 (Carburizing): 适用于低碳钢，在高温下使碳原子渗入钢材表面，然后经过淬火和回火处理，形成具有高硬度、高耐磨性的渗碳层。广泛应用于齿轮、轴承、凸轮等易磨损零件。 碳氮共渗 (Carbo-nitriding): 结合了渗碳和渗氮的优点，在同一工艺中同时渗入碳和氮，可以获得比单纯渗碳更高的硬度、耐磨性和疲劳强度，且渗层脆性较低。 渗氮 (Nitriding): 主要适用于低碳钢、合金钢等，通过在高温下使氮原子渗入钢材表面，形成硬质的氮化物（如Fe₄N、Fe₂N），显著提高材料的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性。尤其适用于精密机械零件，如发动机曲轴、齿轮、模具等。 渗硫 (Sulfurizing): 引入硫元素，可以提高材料的耐磨性，尤其是在高温或润滑不良的条件下。但可能影响材料的韧性和抗疲劳性。 渗铝 (Aluminizing)、渗铬 (Chromizing)、渗硅 (Siliconizing) 等: 通过将相应的元素渗入材料表面，形成抗氧化、抗高温腐蚀的合金层，主要用于高温或腐蚀性环境下的构件。 淬火与回火 (Quenching and Tempering): 虽然淬火和回火本身是整体热处理技术，但针对材料表面进行局部或快速淬火，也能实现表面硬度的提升，常用于轴类零件的表面硬化。 二、机械强化技术： 这类技术主要通过对材料表面施加机械应力，使其发生塑性变形，从而改变其微观结构并引入有利的残余压应力。 表面滚压 (Surface Rolling): 利用滚压轮对材料表面施加高压，使表面层产生塑性变形，细化晶粒，并引入一定深度的残余压应力。这种工艺效率高，成本低，常用于轴、杆类零件的尺寸精加工和表面强化。 表面喷丸 (Shot Peening): 将高速运动的微小弹丸（钢丸、玻璃珠等）冲击材料表面，使表面层发生微小的塑性变形，产生显著的残余压应力。喷丸处理能够显著提高材料的抗疲劳性能、抗应力腐蚀开裂能力，是航空航天、汽车工业中广泛应用的强化手段。 表面压痕 (Indentation): 通过硬质工具对材料表面施加局部压力，造成表面塑性变形，细化晶粒，提高表面硬度和耐磨性。 磨削与抛光 (Grinding and Polishing): 在去除材料的同时，也伴随着对材料表面的机械加工，合适的磨削和抛光工艺可以改善表面粗糙度，并在一定程度上影响表面残余应力状态。 三、高能束技术类强化： 这类技术利用高能量密度束流（如激光、电子束、离子束）与材料表面相互作用，实现材料的熔化、汽化、相变、合金化等，从而改变其表面性能。 激光处理 (Laser Treatment): 这是一个极其重要的分支，包括激光熔覆、激光表面淬火、激光冲击强化等。 激光熔覆 (Laser Cladding): 将合金粉末在激光束的作用下熔化并沉积在基材表面，形成具有特定功能的合金层。可用于材料的修复、表面改性（如耐磨、耐蚀、耐高温）。 激光表面淬火 (Laser Surface Hardening): 利用激光快速加热材料表面至奥氏体化温度，然后依靠材料自身的导热性快速冷却，实现表面层的细化晶粒和马氏体转变，获得高硬度。 激光冲击强化 (Laser Shock Peening - LSP): 这是近些年发展迅速且备受关注的技术。通过短暂、高能量密度的激光脉冲辐照材料表面，瞬间引发表面层等离子体的爆炸膨胀，产生强大的冲击波。该冲击波深入材料内部，诱导表面层产生大范围、高强度的塑性变形，从而在材料表面和亚表面区域引入显著的残余压应力。这种残余压应力能够有效抑制裂纹的萌生和扩展，显著提升材料的抗疲劳寿命、抗应力腐蚀开裂能力以及耐磨性。与传统的喷丸技术相比，激光冲击强化具有冲击深度大、应力分布均匀、可控性强、无损耗等优点，尤其适用于复杂形状的零件和高强度材料的强化。 电子束处理 (Electron Beam Treatment): 类似于激光处理，利用高能电子束对材料表面进行加热、熔化或改性。 离子注入 (Ion Implantation): 将特定元素的离子加速到高能量，然后注入到材料表面。这种方法可以形成固溶强化层或合金化层，显著改变材料的表面硬度、耐磨性、导电性等。 四、物理气相沉积 (PVD) 与化学气相沉积 (CVD) 类技术： 这类技术主要是在材料表面沉积一层或多层具有特定性能的薄膜。 PVD: 包括溅射、蒸发等方法，在真空条件下将靶材原子或分子沉积到基材表面。常用于制备硬质涂层（如TiN, CrN）、装饰性涂层、光学涂层等。 CVD: 通过化学反应在基材表面沉积薄膜。同样可以制备各种硬质涂层、耐磨涂层、耐腐蚀涂层等。 五、电化学与等离子体类技术： 电镀 (Electroplating): 通过电化学方法在基材表面沉积金属层，用于防腐蚀、耐磨、装饰等。 阳极氧化 (Anodizing): 特别是铝及铝合金的阳极氧化，在表面形成一层致密的氧化膜，提高其硬度、耐磨性和耐腐蚀性。 等离子体强化 (Plasma Surface Treatment): 利用等离子体环境中的活性粒子与材料表面发生反应，如等离子体渗氮、等离子体喷涂等，达到强化目的。 表面强化技术的理论基础与关键要素 无论采用何种技术，表面强化成功的关键在于对材料微观结构、变形机制以及残余应力产生的物理过程有深刻的理解。 微观结构调控： 晶粒细化是提高材料强度的重要途径。通过机械加工、热处理或高能束作用，可以改变材料表面的晶粒尺寸，减少晶界数量，从而提高材料的硬度、强度和韧性。相变（如马氏体转变）也能显著提高材料的硬度。 残余应力工程： 引入合适的残余压应力是表面强化技术最核心的机制之一。残余压应力能够抵消外加载荷引起的拉应力，从而延缓裂纹的萌生和扩展，极大地提升材料的抗疲劳性能和抗应力腐蚀开裂能力。残余应力的产生机制多种多样，包括相变引起的体积变化、塑性变形的不均匀性、热处理过程中的热应力等。 材料表面化学与物理性质： 改变材料表面的化学成分（如渗入合金元素）或形成特定的表面相，可以显著提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等。 表面强化技术的应用前景 随着科技的不断进步，表面强化技术正朝着更精细化、智能化、绿色化的方向发展。 高性能化： 针对极端工况（高温、高压、强腐蚀、强磨损）的需求，开发更高性能的表面强化技术，例如在航空发动机叶片、核反应堆关键部件、深海探测设备等领域。 智能化与精准化： 利用先进的传感、控制和人工智能技术，实现对表面强化过程的实时监控和精准调控，优化强化效果，降低能耗。 绿色化与环保化： 发展低能耗、低污染的强化工艺，减少有害物质的排放，符合可持续发展的要求。 跨领域应用： 表面强化技术不仅在传统机械制造领域发挥着重要作用，在生物医疗（如植入物表面的抗菌、促愈合处理）、电子信息（如半导体器件的表面处理）、新能源（如电池电极材料的表面改性）等新兴领域的应用也日益广泛。 总之，表面强化技术是一门融合了材料科学、物理学、化学、工程学等多学科的综合性技术。它通过巧妙地改造材料表面，赋予材料“脱胎换骨”般的性能提升，已成为现代制造业不可或缺的关键技术之一，并且其发展前景无限广阔，将持续为各行各业的创新发展提供强大支撑。

评分☆☆☆☆☆

从排版和装帧来看，这本书无疑是一部精美的学术著作。纸张的质感和印刷的清晰度都达到了很高的水准，这使得阅读体验非常愉悦。我特别喜欢书中的参考文献部分，它们为我提供了进一步深入研究的宝贵线索，让我可以在阅读这本书的基础上，继续探索相关的学术文献，拓宽我的知识面。同时，章节之间的过渡自然流畅，使得整本书的阅读连贯性很强，不容易产生断裂感。我经常会在阅读过程中，因为对某个概念的兴趣，顺着书中的指引去查阅更详细的资料，而这本书恰恰为我提供了这样的便利。从细节上来说，这本书的封面设计也很考究，它不仅具有学术的庄重感，又不失现代科技的活力，让人一看就充满了阅读的欲望。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度令人印象深刻。作者在讲解激光冲击强化的物理机理时，无论是从能量传递、材料响应，还是微观结构演变的角度，都展现出了扎实的学术功底。我尝试去理解其中的数学模型和物理过程，发现作者的讲解逻辑清晰，层次分明，即使是复杂的公式推导，也能在适当的引导下被理解。尤其让我惊叹的是，作者能够将如此专业的领域，用一种既严谨又不失启发性的方式呈现出来。书中对不同强化机理的深入剖析，以及对微观组织变化与宏观力学性能之间关系的细致阐述，都为我打开了新的认知维度。我感觉自己不仅仅是在阅读一本教材，更像是在与一位经验丰富的学者进行深入的交流，他用他的知识和经验，为我揭示了激光冲击强化背后隐藏的科学奥秘，让我对材料科学和工程领域有了更深刻的理解和敬畏。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发在于其对未来科技发展的展望。在讲解完激光冲击强化的基础理论和技术应用后，作者并没有停下脚步，而是对这项技术在未来可能的发展方向和应用前景进行了深入的探讨。这部分内容让我对科技的进步充满了期待。我看到了激光冲击强化在航空航天、汽车制造、生物医学等多个领域展现出的巨大潜力，也对这些领域未来的发展充满了想象。作者在展望未来时，既保持了科学的严谨性，又充满了前瞻性的思考，这让我觉得这本书不仅仅是一本技术手册，更是一份关于未来科技发展的启示录。它鼓励我保持对新技术的敏感度，并思考如何利用这些技术去解决现实世界中的难题，这种积极的导向性对我产生了很大的激励作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，给我留下了深刻的第一印象。当我翻开它时，首先被吸引的是那种严谨的学术风格，但又不失流畅的文字表达。作为一名对前沿技术充满好奇的读者，我一直在寻找能够深入浅出讲解复杂科学原理的书籍，而这本书恰好满足了我的期待。它不仅仅是罗列公式和理论，更重要的是，作者似乎在用一种非常生活化、易于理解的方式来阐述激光冲击强化这一听起来颇具挑战性的技术。书中的图文并茂，那些精美的插图和示意图，就像是为抽象的概念量身定做的视觉语言，让我在阅读过程中能够更直观地把握其核心要义。我尤其欣赏作者在介绍背景知识时所花费的心思，那些对激光技术发展历史的回顾，以及对不同强化方法的对比分析，都为我构建了一个完整的知识框架，让我能够更好地理解激光冲击强化的独特性和优势。即便我不是该领域的专业研究者，也能从中感受到作者在内容组织上的用心良苦，仿佛在引领我一步步探索未知的科学疆域，每一个章节都充满了探索的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

在阅读的过程中，我最大的感受是这本书的实用性。它不仅阐述了深奥的理论，更重要的是，将这些理论与实际应用紧密地联系起来。我特别关注书中关于工艺参数优化和效果评估的部分，这对于任何想要将激光冲击强化技术落地应用的人来说，都至关重要。作者对各种影响因素的细致分析，比如激光能量密度、脉冲宽度、靶材选择等等，都非常到位。我发现书中提供的案例研究也十分丰富，涵盖了不同行业和不同材料的实际应用场景，这让我对这项技术的潜力有了更直观的认识。书中对实验数据的解读和分析也相当深入，使得理论指导下的实践操作有了坚实的基础。而且，作者在讲解过程中，并没有回避技术的难点和挑战，反而会详细分析可能出现的问题以及相应的解决方案，这种坦诚的讨论方式让我觉得非常受用，也更增加了我对这本书的信任感。