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镍基高温合金GH4169具有较高的高温强度、抗蠕变性,在600℃以上的高温环境具有抗氧化和耐腐蚀性,常用于制造航空、能源工业中的涡轮盘、转子叶片等主要部件。涡轮转子叶片在服役条件下承受严重的热载荷和机械载荷,由于应力集中,叶片根部容易发生疲劳断裂。面对涡轮转子叶片长服役寿命需求,亟待改善GH4169转子叶片的加工工艺,但转子叶片根部结构复杂,加工及强化较困难。激光冲击具有强化效果佳、可控性强、适应性好等优点,特别是小光斑激光冲击更有经济性和稳定性技术优势,可用于提高GH4169零件加工表面完整性和疲劳寿命。本文以小光斑激光冲击强化对高温合金GH4169加工表面完整性和疲劳寿命的影响规律为研究对象,基于激光冲击原理、冲击波理论,搭建小光斑激光冲击强化加工实验平台,通过激光冲击强化GH4169实验、拉伸疲劳实验、有限元仿真和数理统计分析相结合的研究方法,分析GH4169加工表面残余应力、显微硬度和表面粗糙度随光斑搭接率、能量密度及冲击次数的变化规律,探究GH4169小光斑激光冲击强化加工表面的形成机理,揭示小光斑激光冲击强化工艺对高温合金GH4169疲劳寿命的影响机理,阐述GH4169小光斑激光冲击强化表面完整性与零件疲劳寿命的映射关系。首先,研究激光冲击强化工艺对GH4169加工表面完整性的影响规律。搭建小光斑激光冲击强化实验平台,通过激光冲击实验,利用残余应力衍射仪、维氏硬度测试仪和激光共聚焦显微镜等检测手段,结合数理统计分析方法,对激光冲击强化GH4169的加工表面完整性进行定量评价。实验结果表明:激光冲击强化CH4169的加工表面残余应力和显微硬度随激光冲击次数增加而增大,加工表面残余应力沿GH4169试样加工表面深度方向呈梯度化分布,加工表面粗糙度Ra随搭接率的增加先增大后减小再增大。其次,基于冲击波理论建立小光斑激光冲击强化GH4169加工表面残余应力有限元仿真模型,通过仿真得到不同搭接率和不同能量密度激光冲击强化后GH4169加工表面的残余应力分布,与激光冲击强化GH4169实验获得的不同搭接率和能量密度下残余应力测试数据进行对比分析,仿真与实验获得的残余压应力随GH4169试样加工表面深度变化的趋势相同,结果表明:有限元仿真可有效预测不同搭接率小光斑激光冲击强化GH4169加工表面残余应力分布。最后,研究激光冲击强化工艺对GH4169低周疲劳寿命的影响规律。通过高温合金GH4169激光冲击强化加工试样的轴向载荷低周疲劳失效实验研究发现:相同能量密度下,经过光斑搭接,激光冲击强化后高温合金GH4169试样的疲劳寿命明显提升,但疲劳寿命随光斑搭接率增加的变化不明显;在相同搭接率下,高温合金GH4169低周疲劳寿命随能量密度提高增大。阐述了不同激光强化工艺参数下的断口形貌和低周疲劳寿命变化规律,研究结果表明:激光冲击强化处理可缩短疲劳条带之间的距离,降低裂纹扩展速率,从而提高高温合金GH4169的低周疲劳寿命。