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高温合金由于其优良的高温蠕变和强度特性,被广泛的用于制造航空发动机热端部件。随着现代航空发动机推力的不断增加,高性能及轻量化的结构件对高温合金的力学性能提出了更高的要求。激光冲击处理(Laser shock peening,LSP)技术作为一种新型的表面强化工艺,可以有效的提高高温合金的服役寿命,具有非常深远的意义。本文以GH3039高温合金为研究对象,通过开展激光冲击高温合金表面形貌、显微组织结构与力学性能等研究工作,为激光冲击处理技术在高温合金等热端部件上的应用提供依据。本论文主要工作及相关结论如下:采用美国LSPT公司生产的Procudo200型激光喷丸系统对GH3039高温合金拉伸试样表面进行不同激光能量冲击处理,利用MTS Landmark 370.10电液伺服试验系统进行拉伸试验,获得LSP处理前后高温合金的应力-应变曲线;利用ARAMIS三维光学变形和应变测量分析系统同步采集了高温合金拉伸试样在拉伸过程中的应变情况,探究不同激光能量对激光冲击强化效果的影响,并利用∑IGMA500型扫描电子显微镜(SEM)观测其断口形貌。结果表明:随着激光脉冲能量的增加,GH3039高温合金拉伸性能也相应提高,但合金塑性明显下降,如激光脉冲能量为8J冲击处理后,高温合金室温抗拉强度由834.8MPa增加到923.2MPa,提高了10.6%;延伸率从27.6%减小到17.2%,降低了37.7%;LSP处理后高温合金表面应变较母材相比明显降低;LSP处理试样断口表面存在等轴韧窝,但韧窝尺寸小并且较浅,这归因于LSP处理使高温合金表层发生加工硬化。根据优化的激光工艺参数,对GH3039高温合金薄板试样表面进行LSP处理,研究激光冲击处理对GH3039高温合金表面形貌、微观结构、物相组成和疲劳寿命的影响。结果表明:激光冲击处理后,试样表面硬度由原来的453.2HV增加到498.5HV,试样表面激光诱导的平均残余压应力达到-255.07MPa左右;试样表面粗糙度由0.0346μm增大到0.048μm;合金表层晶粒明显细化,并实现纳米化;激光冲击试样的疲劳寿命是原始试样的2.41倍。数理统计表明激光冲击对GH3039高温合金疲劳寿命产生了显著影响。残余压应力和晶粒细化是激光冲击GH3039高温合金试样疲劳寿命提高的关键原因。