激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响
2022-07-27陈正阁武永丽薛全喜熊毅王淏
陈正阁，武永丽，薛全喜，熊毅,3，王淏
激光表面改性技术
激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响
陈正阁1，武永丽2，薛全喜1，熊毅2,3，王淏1
（1. 西北核技术研究所，激光与物质相互作用国家重点实验室，西安 710024；2.河南科技大学 材料科学与工程学院，河南 洛阳 471023；3.有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心，河南 洛阳 471023）
提高TC11钛合金的使役性能，对LSP技术在钛合金航空构件上的推广应用提供试验依据和技术支撑。利用激光冲击强化（LSP）技术对片层组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理，激光能量为6 J，脉宽为20 ns，光斑直径为3 mm，搭接率为50%。借助X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线应力分析仪、显微硬度计及拉伸试验机对TC11钛合金LSP前后的微观组织及力学性能进行表征。经LSP处理后，在TC11钛合金表层形成了梯度纳米结构，其中外表层晶粒尺寸约为10 nm，形变层厚度约为200 μm；在次表层组织中形成了大量位错缠结、形变孪晶及层错等晶体亚结构缺陷。LSP后钛合金表层存在着最大残余压应力（–267 MPa）和显微硬度值（425HV），且随着距表层距离的增大，相应的数值均呈现出逐渐减小的趋势。此外，LSP后TC11钛合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了19.4%、18.3%，但伸长率略有下降，断口形貌从典型的韧性断裂向准解理和韧性混合型断裂转变。在LSP作用下获得的梯度纳米结构和残余压应力的共同作用下，TC11钛合金获得了良好的强度–塑性匹配。
激光冲击强化（LSP）；TC11钛合金；梯度纳米结构；微观组织；力学性能；残余应力
TC11钛合金是一种α+β型热强钛合金，由于其具有高强度、优异的抗蠕变性能及良好的热稳定性[1]，被广泛应用于压气机盘、叶片、叶盘等重要航空结构件的制造[2-3]。然而，钛合金对微小的缺陷和应力集中非常敏感[4]，这些重要零部件长期在恶劣的环境下工作，经常承受交变载荷、振动载荷、高温高压的耦合作用[5]，容易造成材料表面不同程度的损伤，从而使得构件在使用过程中过早失效，造成材料大量浪费的同时给人身安全带来了极大的隐患。故而通过表面强化技术改善钛合金构件的微观组织及其相应的力学性能，进而延长其使用寿命和增加设备使用可靠性是材料科学工作者面临的首要问题。
近年来，材料科学工作者利用表面强化技术在改善TC11钛合金组织和性能方面做了大量工作。李卫等[6]采用表面喷丸强化技术（SP）对TC11钛合金进行了表面强化处理，发现在残余压应力场和表层细化组织的共同作用下，TC11钛合金的疲劳寿命提高了12.5%。Zhao等[7]利用超声表面滚压技术（UIRP）使得TC11钛合金的疲劳强度提高了19.3%，归因于UIRP后获得的梯度纳米结构、高幅值残余压应力、显著的加工硬化效果和低表面粗糙度。由此可以看出，传统的喷丸、超声表面滚压技术的确能够改善TC11钛合金的力学性能，但也存在着残余压应力场深度较浅或表面粗糙度增大等问题。激光冲击强化（LSP）是一种新型的表面强化技术，其能在不明显增大构件表面粗糙度的情况下获得距离更深、幅值更大的残余压应力场[8]，还具有作用时间短、能量利用率高、可控性高和稳定性好等优点[9]。它的基本原理是采用短脉冲的高频、高功率的激光诱导形成的高温高压等离子体冲击波作用于金属材料表面，使材料表面发生超高应变速率变形，并形成具有一定深度的残余压应力场和组织细化的形变层，从而提高构件的抗疲劳性能、抗应力腐蚀性能和抗磨损等性能[10-11]。Nie等[12]发现，3次LSP后，TC11钛合金晶粒达到纳米尺寸，并产生高幅值残余压应力，使得高周疲劳性能提高。Yang等[13]的研究结果表明，LSP功率密度在合适范围内时，TC11钛合金试样微动疲劳寿命的改善效果最好，随着功率密度的增大，易造成材料表面出现损伤，进而降低其疲劳寿命。Ren等[14]研究了LSP对TC11钛合金表面完整性及磨损性能的影响，LSP后引起的低表面粗糙度、高的表面显微硬度和残余压应力对磨损性能的改善具有重要意义。Tong等[15]认为，LSP在TC11合金表层获得的纳米组织、残余压应力、低的粗糙度和高的显微硬度能够显著改善TC11钛合金热腐蚀行为。
从上述研究背景可知，目前采用LSP来改善TC11钛合金性能的研究较多，但大多以等轴组织的TC11钛合金为研究对象，而使用片层组织作为原始组织的LSP研究相对较少。等轴组织塑性和疲劳性能良好，但是抗裂纹扩展能力较差。相反，片层组织的塑性、热稳定性和耐腐蚀性较差，但其断裂韧性、抗裂纹扩展能力、持久性和蠕变强度非常好[16]。由此可知，片层组织相对于等轴组织具有更好的抗裂纹扩展能力，可使得在疲劳断裂的第二阶段的寿命提高，结合表面改性后疲劳源移至次表层，可大大提高TC11钛合金的整体疲劳寿命。因此本文采用原始组织为片层状的TC11钛合金为研究对象，对比研究LSP前后TC11钛合金组织和性能的变化，对扩大LSP表面改性技术在钛合金航空构件上的应用提供理论基础。
1 试验
1.1 材料
试验所用的商用TC11钛合金板材的主要化学元素成分（质量分数）为：Al 6.50%，Mo 3.50%，Zr 1.50%，Si 0.30%，Ti为余量，由宝鸡市程锦钛业有限公司提供。在进行试验之前，把尺寸为300 mm× 200 mm×37 mm的TC11钛合金板材放入氩气保护的真空炉中进行双重退火处理（970 ℃保温1.5 h，空冷；530 ℃保温6 h，空冷），以得到TC11钛合金片层组织。
1.2 方法
切取如图1a所示的拉伸试样，将其经机械研磨抛光处理后，固定在-方向可以自由移动的移动平台上，对其一面进行LSP处理，冲击完毕后，对另一面进行冲击，红色区域为激光冲击区域，激光冲击强化光斑的行进轨迹如图1b所示。选用YS100- R200A型激光冲击强化设备，具体参数：波长为 1 064 nm，能量为6 J，脉宽为20 ns，光斑直径为 3 mm，频率为3 Hz，功率密度为4.8 GW/cm2，加工定位精度≤0.10 mm，搭接率为50%，采用黑胶带和1～2 mm的水分别作为吸收层和约束层，如图2所示。
图1 拉伸试样尺寸（a）及光斑行进轨迹（b）（mm）
图2 LSP示意图
对LSP前后TC11钛合金的物相组成，横截面、表层、次表层的微观组织形貌（SEM、TEM）进行分析，试样的具体制备方法及所用的设备参见文献[17]。LSP前后距表层不同深度处的残余应力利用X-350A X射线应力分析仪进行测试，取距强化区域中心位置对称的2个位置测量值的平均值作为此层深处的最终残余应力值。其应力衍射仪参数选择Cu Kα射线，衍射晶面为α(213)，X射线管电压为27 kV，管电流为7 mA，管直径为4 mm，倾侧角角度选择为0°、15°、30°、45°。用MH-3型显微硬度计在载荷为200 g、加载时间为10 s的参数下对TC11钛合金LSP前后距表层不同深度处（横截面）的显微硬度进行测定，选取同一深度5个不同点硬度值的平均值作为试样此层深处的显微硬度值。采用Instron 5587型拉伸试验机，以0.5 mm/min的拉伸速度对TC11钛合金LSP前后的拉伸性能进行测试。最后，TC11钛合金LSP前后的拉伸试样断口形貌借助JSM-IT100型SEM进行分析。
2 结果及分析
2.1 组织演变
2.1.1 XRD分析
LSP前后TC11钛合金的XRD图谱见图3。由图3a可知，双重退火态TC11钛合金由密排六方结构的α相与体心立方结构的β相组成，其中最强的衍射峰为α相衍射峰。经LSP处理后，无新的衍射峰产生，即无相变或新相产生。图3b为34°～42°内局部放大的XRD图谱，可以发现，相较于LSP前，LSP后TC11钛合金的衍射峰峰形虽无明显变化，但其衍射峰位置整体向左移动了一定角度的同时，其半高宽明显宽化，表明TC11钛合金在高能量冲击波的作用下，表层晶粒细化的同时，晶格畸变导致微观应变增加[18]。
图3 LSP前后TC11 钛合金XRD 图谱
基于Williamson-Hall（W-H）方法[19]分析衍射峰，进一步评估LSP前后TC11钛合金表层晶粒的微观应变变化：
式中：为衍射峰的半高宽（FWHM）；=0.9；为X射线波长，=0.154 06 nm；为平均晶粒尺寸；为Bragg衍射角；为微观应变。
通过式（1）计算可得LSP前后TC11钛合金表层晶粒的微观应变分别为0.12%、0.37%，从而可知LSP后，TC11钛合金表层晶粒的微观应变值大幅度增加，相比未处理前增加了2.08倍。
2.1.2 LSP前后组织形貌
TC11钛合金LSP前后的表面粗糙度如图4a、b所示。可以看出，未经LSP处理的TC11钛合金试样表面仅存在磨削产生的划痕，其三维表面粗糙度为0.564 μm（见图4a）。经LSP处理后，由于激光光斑能量的高斯分布特征，TC11钛合金表面的塑性变形不均匀，形成了表面冲击凹谷（见图4b），三维表面粗糙度略微增大，为0.571 μm。表面粗糙度增大可能使TC11钛合金表面产生应力集中，诱导表面萌生裂纹，从而对TC11钛合金的抗疲劳性能产生不利影响。但是，LSP处理相对于传统SP获得的试样表面更加均匀，表面峰谷值更小，表面质量更好[20]。图4c是TC11钛合金LSP前双重退火后的金相组织形貌。TC11钛合金经双重退火处理后，呈现出典型的片层组织形貌，白色发亮的部位为α相，较暗的则为β相。原始粗大的β晶界完整清晰可见，且在其晶界附近可观察到转变未完全的短棒状α相。此外，原始β晶粒尺寸较大，平均晶粒尺寸约为100 μm，其内具有较多细长平直、取向相同且平行的片状α相组成的“束集”，取向各异。图4d为经LSP表面强化后TC11钛合金的组织形貌。LSP表面强化后在高能量冲击波的作用下，TC11钛合金的组织形貌发生了显著的变化，可观察到激光冲击波在TC11钛合金表面留下的微凹坑及相应的塑性变形层，说明冲击波的峰值压力超过了TC11钛合金的屈服强度，使得TC11钛合金发生了剧烈的塑性变形，塑性变形层的厚度约为200 μm。另外可以发现，外表层β片层间距很小，晶界几乎不能分辨，且局部出现弯曲、扭折等现象。随着距离表层距离的增大，高能高压等离子体冲击波沿冲击方向在材料内部逐渐衰减，变形程度逐渐减弱，片层间距逐渐增大，直至恢复至基体组织形貌。
图4 LSP前后TC11钛合金的组织形貌
Fig.4 Microstructure morphologies of TC11 titanium alloy before and after LSP: a) surface 3D morphology before LSP; b) surface 3D morphology after LSP; c) SEM morphology before LSP; d) SEM morphology after LSP
2.1.3 表层TEM微观组织形貌
在高能冲击波的作用下，TC11钛合金LSP前后表层的TEM微观组织形貌如图5所示。从图5a中可以看出，TC11钛合金双重退火后具有明显的片层组织特征，与图4c相对应。图5a中白色衬度的为α相，暗色衬度的为β相，此时看到α相及α/β界面处中仅有少许位错缠结产生。图5b、c分别为TC11钛合金LSP后表层组织的明场像及暗场像，LSP后表层组织中有大量位错缠结产生，层片状的α相和β相晶粒发生了严重的碎化，转变成为细小的等轴状晶粒。在选区电子衍射（SAED）花样（图5b插图）中的连续环证实了晶粒结构已被细化到纳米尺度，并且晶粒具有相对随机的方向分布[21]。从图5d晶粒尺寸分布直方图可以发现，晶粒尺寸大多在10 nm左右。越靠近表层，应变量和应变速率越大，塑性变形程度越严重。大量的位错在冲击波波阵面上形成，并在冲击波的作用下进行滑移。滑移过程中，受到多方向冲击载荷的作用，形成位错缠结、位错墙、位错胞、孪晶等亚结构缺陷。在进一步的激光冲击作用下，孪晶分割和位错滑移协调变形，形成小角度亚晶界。随着变形的持续进行，小角度晶界逐渐演变为大角度晶界，当位错的产生和湮灭速率达到平衡时，晶粒不再发生细化。晶粒越细小，越容易发生转动，因此在激光冲击作用下，晶粒最终细化为具有随机取向的等轴纳米晶[22-24]。
图5 LSP前后表层微观组织TEM形貌及LSP后的晶粒尺寸分布
2.1.4 次表层TEM微观组织形貌
TC11钛合金LSP前后次表层微观组织的TEM形貌如图6所示。图6a为TC11钛合金双重退火后次表层组织形貌，与双重退火后表层组织（见图4a）相比无明显差异，此时也仅有少量的位错缠结发生。图6b、c为TC11钛合金LSP后次表层微观组织，LSP后TC11钛合金次表层组织晶粒没有达到完全纳米化，但相较于TC11钛合金LSP前的组织形貌，此时组织中产生大量的晶体缺陷。从图6b、c中看到，位错滑移在α/β界面处受阻，形成大量的位错缠结，以及在α基体上有大量层错及形变孪晶出现。TC11钛合金α相属于密排六方结构，层错能相对较低。低层错能材料中的位错容易分解，在激光冲击波的作用下进一步促进了位错发生分解，从而在α基体上有大量层错产生。位错分解之后，难以发生交滑移，且位错运动容易受到阻碍，使塑性变形受阻。为了协调塑性变形，往往需要启动多个滑移系，然而当在冲击波的作用下，应力方向无法满足多个滑移系同时启动时，可能发生变形机制的转换（如图6b孪晶变形）[25]。形变孪晶界与晶界类似也可阻碍位错运动，提高材料强度，同时可作为位错滑移面提供较多的位错存储空间，改善材料塑性。形变孪晶出现于次表层，而在表层中未观察到，可能与应变速率有关。LSP 过程中TC11钛合金表面受到强烈的冲击载荷，导致TC11钛合金以极高的应变速率发生塑性变形，致使多个孪晶系统活动，但晶粒细化程度较大，使得孪晶难以存留[26]。从图6b、c中可观察到大量的亚晶界，从图6c红色椭圆区域还观察到了片层β相发生了明显断裂，这可能是冲击波作用方向正好垂直于此β片层组织取向，使得片层β相在冲击波作用下发生断裂。
图6 LSP前（a）后（b—c）次表层微观组织的TEM形貌
2.2 力学性能
2.2.1 残余应力
LSP前后TC11钛合金距表层不同深度处的残余应力分布如图7所示。由图7可知，LSP前TC11钛合金表层存在轻微的拉应力，在8 MPa左右，这可能与机械加工有关[27]。经LSP处理后，在TC11钛合金表层形成了残余压应力，且最大值为－267 MPa。残余压应力的形成与塑性变形和体积限制的组合效应有关[28]。在LSP处理过程中，当冲击波的峰值压力超过TC11钛合金的动态屈服强度时，TC11钛合金表层发生强烈塑性变形（如图4d所示），诱导产生高密度位错，位错经过进一步运动、重排等过程引起晶格畸变，储存了畸变能。同时，亚晶发生转动，择优取向而降低了系统的能量，提高了晶粒间的结合力，储存了变形能，由此产生了平行于表层的残余拉应力。根据力学效应的反作用原理[29]，LSP后TC11钛合金严重塑性变形区域受到周围未发生塑性变形基体材料的限制作用，从而在表面形成了具有一定深度的残余压应力场。残余压应力场的出现可平衡构件在载荷作用下产生的拉应力，可阻碍裂纹扩展及封闭裂纹，从而延长构件的使用寿命[30]。随着距表层距离的增大，残余压应力值逐渐减小。这与冲击波向TC11 钛合金内部传递的过程中能量逐渐衰减有关，离表层距离越远，变形程度越弱，因此残余压应力值也越来越小。
图7 LSP前后TC11钛合金距表层不同深度处的残余应力分布
可以发现，TC11钛合金LSP处理后最大残余压应力位于表层，而传统喷丸后通常在材料内部引入最大残余应力值位于次表层的压应力场[31]，导致该现象的原因主要与热效应有关[32]。传统喷丸是采用大量的高速弹丸直接撞击材料表面，使晶粒产生严重畸变。当应变速率过高，弹丸冲击力来不及向周围材料快速传递时，引起能量升高，导致表层温度上升，从而发生动态回复现象，使表面残余压应力松弛，最大残余压应力移至次表层。LSP属于典型的冷加工，与材料表面无接触、无热影响区、获得的残余应力稳定性较好。采用无涂层激光冲击强化获得的最大残余压应力也位于材料次表面，该技术能以较低的功率和较短的脉冲持续时间诱导材料表面发生局部熔化并重新凝固，可能在表面产生拉应力，从而使最大残余压应力位于次表层[33]。
2.2.2 显微硬度
LSP前后TC11钛合金显微硬度–距表层深度的关系如图8所示。从图8中可以看出，LSP前，距表层各深度处的显微硬度值大致相同，为336HV。经LSP处理后，表层的显微硬度值明显增大至最大值，为425HV，相对于LSP前，硬度值的增幅约为26.5%。TC11钛合金表层在激光冲击波作用下发生严重塑性变形，引起位错在TC11钛合金晶粒内部萌生并增殖，形成的高密度位错增大了位错运动的阻力，进而发生加工硬化现象；此外，在位错机制的作用下，表层晶粒纳米化，晶粒细化后，晶界增多，增强了晶粒间的结合力[34]，两方面共同作用均可导致硬度增大。表层显微硬度的显著提高，说明了经LSP处理后，TC11钛合金的疲劳抗力增加以及表面局部强度得以提高[35]。还可以发现，经LSP处理后，距表层不同深度处显微硬度值的变化趋势呈梯度变化，与Luo等[36]报道的一致，LSP后显微硬度值随着距表层深度的增加而减小，在距表层200 μm内显微硬度值急剧降低，而后逐渐减小至基体硬度值左右后不再变化。随着距表层深度的增加，激光冲击能量逐渐衰减，引起的塑性变形量也越小，从而使加工硬化和晶粒细化程度减小，硬度值也逐渐降低至基体硬度值。
图8 LSP前后TC11钛合金显微硬度–距表层深度关系
2.2.3 拉伸性能
LSP前后TC11钛合金的拉伸性能如图9所示。TC11钛合金LSP前后的抗拉强度分别为1 083、1 293 MPa，屈服强度分别为982、1 162 MPa，伸长率分别为12.86%、11.71%，LSP后抗拉强度、屈服强度、伸长率的增幅分别为19.4%、18.3%、－8.9%。由此可知，抗拉强度、屈服强度呈现明显增大的趋势，伸长率略有下降，但仍大于7%，满足钛合金构件的使用要求[18]。LSP处理过程中形成的等离子体吸收激光能量迅速膨胀，并以冲击波的形式作用于TC11钛合金表面，使TC11钛合金表面产生严重塑性变形，形成梯度纳米结构。TC11钛合金表层在超高应变速率的作用下，形成纳米晶以及高密度位错（见图5b、c），同时晶粒细化可使位错平均自由程降低。根据式（2）[37]可评估材料的强度。
式中：σf为强度；σ0为摩擦应力；k为Hall-Petch常数；dfp为位错平均自由程；G为剪切模量；b为柏氏矢量；ρ为位错密度。
根据式（2），TC11钛合金经LSP后，表层的位错密度增大，位错平均自由程降低，因此LSP后TC11钛合金的抗拉强度和屈服强度明显提高。随着应变速率的降低，次表层形成位错缠结、形变孪晶等晶体缺陷（见图6b），孪晶界和位错的交互作用可使位错平均自由程降低，使得TC11钛合金的强度提高。同时，次表层中的孪晶界可以作为位错发射源，从而提供更多的移动位错，可维持TC11钛合金拉伸过程中的塑性变形，提高材料的塑性[38]。内部粗晶组织在拉伸过程中表现出良好的拉伸应变和加工硬化能力，结合表层的纳米组织形成的梯度纳米结构抑制了拉伸变形过程中表层纳米结构可能产生的应变集中和早期颈缩，进而防止变形局域化和裂纹过早萌生[39]。另一方面，LSP后形成的残余压应力场平衡了拉伸过程中产生的拉应力，能够抑制裂纹扩展甚至封闭裂纹[40]。在这些因素的共同作用下，LSP处理使得TC11钛合金获得了良好的强度–塑性匹配。
2.2.4 拉伸断口形貌
LSP前后TC11钛合金的拉伸断口形貌如图10所示。观察图10a可知，LSP前TC11钛合金断口上密布着大小不一的韧窝，平均韧窝尺寸大约为5 μm，呈现出典型的韧性断裂特征。TC11钛合金经LSP强化后，断口形貌则呈现出准解理和韧性混合型断裂特征（见图10b），严重塑性变形层深度大约为75 μm，其中准解理断裂主要集中于此区域。在此区域可以看到大面积的解理面和少量韧窝，明显与内部基体断口形貌中出现大量韧窝的现象不同，该现象与Yang 等[18]HESP处理TC17钛合金的研究结果相吻合。引起该现象的原因是TC11钛合金在LSP强化作用下内部形成的梯度纳米结构，在拉伸应力的作用下表层的纳米晶抑制了位错滑移，仅发生晶粒旋转和晶界移动，塑性变形不完全，从而使表层断口形貌向准解理断裂转变；而内部粗晶组织具有良好的塑性变形能力，仍呈现韧性断裂特征。
图10 LSP前后TC11钛合金的断口形貌
3 结论
1）经LSP处理后，原始组织为层片状的TC11钛合金表层形成晶粒尺度为5～15 nm、厚度约为200 μm的梯度纳米结构，次表层组织中形成了大量位错缠结、形变孪晶及层错等晶体亚结构缺陷。
2）LSP后，钛合金内部的残余压应力和显微硬度值均呈梯度变化趋势，其最大值均位于表层，且随着距表层距离的增大，相应的数值逐渐减小。
3）LSP后，钛合金强度值明显提升，但伸长率略有下降，断口形貌从典型的韧性断裂向准解理和韧性混合型断裂转变。
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Effect of Laser Shock Peening on Microstructure and Properties of TC11 Titanium Alloy with Lamellar Microstructure
1,2,1,2,3,1
(1. State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter, Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi'an 710024, China; 2. School of Materials Science and Engineering, Henan University of Science and Technology, Henan Luoyang 471023, China; 3. Collaborative Innovation Center of New Nonferrous Metal Materials and Advanced Processing Technology Jointly Established by the Ministry of Science and Technology, Henan Luoyang 471023, China)
The paper aims to improve the serviceability of TC11 titanium alloy and provide experimental basis and technical support for the popularization and application of LSP technology in aeronautical component of titanium alloy. The surface of TC11 titanium alloy with lamellar structure is nanocrystallized by laser shock peening (LSP). The pulse energy is 6 J, the pulse width is 20 ns, the spot diameter is 3 mm, and the overlap ratio is 50%. The microstructure of TC11 titanium alloy before and after LSP are characterized by X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM). Compressive residual stresses in different depth were measured by x-ray stress analyzer. The microhardness of different depth is measured by microhardness tester. The mechanical properties are tested by tensile tester. Finally, the fracture morphology is photographed by SEM. The results show that gradient nanostructures are formed on the surface of TC11 titanium alloy after LSP, in which the grain size of the uppermost layer is about 10 nm, and the thickness of the deformation layer is about 200 μm. A large number of crystal substructure defects such as dislocation tangles, deformation twins and stacking faults are formed in the subsurface layer. The maximum compressive residual stressand microhardness exist in the surface layer of titanium alloy after LSP. The surface residual stress is about –267 MPa, the surface microhardness is about 425HV, and the corresponding values decrease gradually with the increase of the distance from the surface. In addition, the tensile strength and yield strength of TC11 titanium alloy after LSP are 1293 MPa and 1162 MPa respectively, which are 19.4% and 18.3% higher than those before LSP. But the elongation decreases slightly, about –8.9%. The fracture morphology changes from typical ductile fracture to quasi-cleavage and ductile mixed fracture. Under the combined action of gradient nano-structure and residual compressive stress after LSP, LSP-TC11 titanium alloy obtains good strength-plasticity matching.
laser shock peening (LSP); TC11 titanium alloy; gradient nanostructure; microstructure; mechanical properties; compressive residual stress
TG146.2+3
A
1001-3660(2022)07-0343-10
10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.034
2021–05–21；
2021–10–21
2021-05-21；
2021-10-21
国家自然科学基金（U1804146，52111530068，51801054）；激光与物质相互作用国家重点实验室基金（SKLLIM1806）；河南省外国专家与引智项目（HNGD2020009）
The National Natural Science Foundation of China (U1804146, 52111530068 and 51801054) , Fund of State key laboratory of laser-matter interaction (SKLLIM1806); Foreign Experts and Introduction Project of Henan Province (HNGD2020009)
陈正阁（1977—），女，硕士，工程师，主要研究方向为激光技术应用研究。
CHEN Zheng-ge (1977-), Female, Master, Engineer, Research focus: application of laser technology.
熊毅（1975—），男，博士，教授，主要研究方向为先进结构材料制备及其表面改性。
XIONG Yi (1975-), Male, Doctor, Professor, Research focus: preparation and surface modification of advanced structural materials.
陈正阁, 武永丽, 薛全喜, 等. 激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响[J]. 表面技术, 2022, 51(7): 343-352.
CHEN Zheng-ge, WU Yong-li, XUE Quan-xi, et al. Effect of Laser Shock Peening on Microstructure and Properties of TC11 Titanium Alloy with Lamellar Microstructure[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 343-352.
责任编辑：刘世忠
