2Cr13不锈钢是一种应用极为广泛的高铬马氏体不锈钢,由于性能良好而被广泛应用于工业生产中,同时承受着海水腐蚀及循环载荷的交互作用,极易发生腐蚀疲劳失效和以点蚀为主的局部腐蚀。研究发现金属材料的疲劳寿命及抗腐蚀性能与材料的微观组织和表面性能息息相关。激光冲击强化,也称激光喷丸,是一种新型的表面强化方法,能够在材料表面诱导高幅残余压应力并使表层晶粒纳米化,有效提高材料的抗腐蚀性能。本文的主要研究内容如下:(1)研究了不同层数激光冲击强化对2Cr13马氏体不锈钢表面微观结构和机械性能的影响规律:激光冲击强化后2Cr13不锈钢表层产生了高密度位错,晶粒边界处产生大量的纳米析出相,马氏体板条明显细化,并且细化程度与激光冲击层数成正比,位错结构更加稳定。激光冲击强化后,2Cr13不锈钢的显微硬度值和表面粗糙度明显增加,并与冲击层数成正比。激光冲击强化诱导材料表层晶粒细化及机械性能的提升为材料抗腐蚀性能提升的研究提供了理论和实验基础。(2)研究了不同能量激光冲击强化和不同pH值腐蚀溶液对2Cr13不锈钢抗腐蚀疲劳性能的影响:试样的腐蚀疲劳寿命与腐蚀溶液的pH值成正比,而腐蚀疲劳裂纹扩展速率与之成反比。激光喷丸诱导试样表面产生高幅残余压应力,其中S1试样表面残余压应力值最大,其次是S2试样,S3试样应力呈梯度分布,与未冲击试样相比,三种试样的疲劳寿命分别增加了15.08%,9.44%和13.66%,证明激光喷丸有效延缓了不锈钢腐蚀疲劳裂纹的萌生和扩展,并且作用区域主要为裂纹尖端区域。激光冲击后试样断口腐蚀程度减轻,当NaCl溶液的pH=3时,试样断面腐蚀最严重,断口表面发生析氢腐蚀;当NaCl溶液的pH=7和11时,试样断口腐蚀程度减轻,断面发生吸氧腐蚀,生成Fe和Cr的氧化物。(3)研究了不同层数和能量的激光冲击强化对2Cr13不锈钢抗电化学腐蚀性能的影响:激光冲击强化后2Cr13钢的抗电化学腐蚀性能提升,并且随着冲击能量和冲击层数的增加,抗腐蚀性能进一步提升。观察试样表面腐蚀形貌可知,激光冲击后试样表面腐蚀坑的数量、深度和直径明显减小,腐蚀程度减轻。所有试样的抗腐蚀性能都随着溶液中Cl~-浓度的增加而逐渐减弱。(4)建立了2Cr13不锈钢疲劳试样的三维仿真模型,得到了不同冲击能量下的强化模型。模型在激光冲击强化区域产生了明显的残余压应力,并且分布较为均匀,压应力值的大小与激光冲击能量成正比。同时表面发生了明显的塑性变形,与残余压应力大小相对应。再结合应力测量结果,验证了激光冲击强化诱导2Cr13钢表面产生高幅残余压应力,从而提高其抗腐蚀性能。综上所述,本文的研究为激光冲击强化2Cr13不锈钢抗腐蚀性能提升原理提供了可供参考的理论与试验依据。