●前言
第1章緒論1
1.1引言1
1.2E690高強鋼研究與應用概述2
1.3金屬材料腐蝕疲勞裂紋擴展機理分析2
1.3.1腐蝕疲勞裂紋擴展中的能量分析2
1.3.2基於能量守恆的金屬材料腐蝕疲勞裂紋擴展速率模型4
1.4激光衝擊調控表面殘餘應力相關研究與進展6
1.4.1激光衝擊強化技術研究概況6
1.4.2激光衝擊波傳播機制與材料動態響應10
1.4.3激光衝擊與表面殘餘應力分布12
1.5激光衝擊材料表面微結構響應研究進展14
1.5.1馬氏體相變與晶粒細化機理14
1.5.2特別塑性變形與晶粒細化機理15
1.5.3激光衝擊強化不同材料微結構研究概況15
1.6激光衝擊微造型對材料摩擦學性能影響的研究現狀18
1.7本章小結19
參考文獻20
第2章E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展試驗及腐蝕疲勞損傷建模24
2.1引言24
2.2E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展試驗25
2.2.1E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展試驗材料25
2.2.2E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展試樣制備25
2.2.3E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展試驗25
2.3E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展試驗結果分析27
2.3.1試驗數據分析方法27
2.3.2不同環境下E690高強鋼裂紋擴展的試驗結果28
2.3.3空氣與鹽水中裂紋擴展試驗斷口分析31
2.3.4不同應力比下E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展的試驗結果33
2.3.5E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展速率計算與分析33
2.4E690高強鋼腐蝕疲勞裂紋擴展速率建模研究36
2.5E690高強鋼斷裂韌度測試38
2.5.1E690高強鋼斷裂韌度測試方法38
2.5.2E690高強鋼斷裂韌度測試結果40
2.6E690高強鋼理論模型與擬合模型的對比分析41
2.6.1E690高強鋼理論模型計算結果與試驗結果對比41
2.6.2E690高強鋼裂紋擴展速率理論模型與擬合模型對比42
2.7E690高強鋼S-N曲線測試43
2.7.1試驗概況43
2.7.2E690高強鋼S-N曲線測試試樣43
2.7.3E690高強鋼S-N曲線測試條件及過程43
2.8E690高強鋼損傷分析44
2.8.1E690高強鋼S-N曲線測試結果44
2.8.2E690高強鋼腐蝕損傷演化實例45
2.8.3E690高強鋼S-N曲線與裂紋擴展速率曲線轉換46
2.9本章小結47
參考文獻48
第3章激光衝擊誘導E690高強鋼薄板表面動態應變特性研究51
3.1引言51
3.2激光衝擊波加載金屬薄板表面動態響應51
3.2.1表面動態應變測試的邊界條件51
3.2.2表面動態應變測試原理52
3.2.3激光衝擊波加載金屬薄板表面動態應變模型53
3.2.4表面動態應變測試方法與試驗參數54
3.3激光衝擊高應變率下E690高強鋼表面動態應變模型及邊界條件驗證55
3.4激光衝擊高應變率下E690高強鋼表面動態應變模型56
3.5本章小結59
參考文獻59
第4章激光衝擊波傳播機制與E690高強鋼表面完整性研究62
4.1引言62
4.2激光衝擊波特性測試原理、方法與裝置63
4.2.1激光衝擊波特性測試原理63
4.2.2激光衝擊波特性測試方法與裝置64
4.3表面完整性試驗與測試68
4.3.1試樣制備及試驗設備68
4.3.2激光衝擊試驗參數68
4.3.3表面完整性測試69
4.4數值建模71
4.4.1建立幾何模型71
4.4.2材料的本構模型71
4.4.3衝擊壓力設置72
4.5激光單點衝擊應力波傳播仿真模型試驗驗證73
4.6激光衝擊E690高強鋼殘餘應力形成機制75
4.6.1E690高強鋼殘餘應力雙軸分布特性分析75
4.6.2E690高強鋼“殘餘應力洞”分布特性分析76
4.7激光衝擊E690高強鋼表面完整性分析79
4.7.1衝擊前後E690高強鋼表面三維形貌與二維輪廓變化79
4.7.2衝擊前後E690高強鋼表層殘餘應力變化82
4.7.3衝擊前後E690高強鋼表層顯微硬度變化83
4.8本章小結84
參考文獻84
第5章激光衝擊E690高強鋼薄板表面殘餘應力洞形成機制及影響因素
權重分析88
5.1引言88
5.2數值模擬89
5.2.模型89
5.2.2材料的本構模型89
5.2.3衝擊波壓力模型90
5.3試驗方案設計91
5.4結果分析與討論92
5.4.1不同激光功率密度衝擊後表面殘餘應力分布92
5.4.2表面Rayleigh傳播與模型驗證95
5.4.3衝擊波傳播與殘餘應力洞的形成機制97
5.4.4E690高強鋼衝擊波傳播模型的建立100
5.4.5表面稀疏波彙聚和縱向衝擊波反射對殘餘應力洞影響權重101
5.5本章小結102
參考文獻102
第6章激光衝擊E690高強鋼表面微結構響應與X射線衍射圖譜的相關性
研究105
6.1引言105
6.2試驗準備106
6.2.1激光衝擊試樣制備106
6.2.2激光衝擊試驗裝置及參數106
6.2.3激光衝擊區域透射電鏡觀測試樣制備及裝置107
6.2.4能譜點測試樣制備及裝置108
6.2.5XRD分析及裝置108
6.3激光衝擊E690高強鋼表層微觀組織演變109
6.3.1E690高強鋼原始組織109
6.3.2激光衝擊強化後E690高強鋼表面的結構形貌110
6.3.3激光衝擊強化後E690高強鋼電子衍射花樣標定112
6.4激光衝擊E690高強鋼表面成分分析117
6.5激光衝擊微觀結構演變與XRD衍射圖譜相關性118
6.5.1微觀結構與表面殘餘應力相關性118
6.5.2激光衝擊強化E690高強鋼的XRD分析119
6.5.3XRD圖譜所得晶粒尺寸與TEM下晶粒尺寸的對比121
6.5.4E690高強鋼的失穩分解過程121
6.5.5E690高強鋼的形核—長大過程123
6.6激光衝擊強化E690高強鋼表面微結構響應模型125
6.7本章小結126
參考文獻127
第7章激光衝擊誘導E690高強鋼表面自納米化中調幅分解的試驗研究130
7.1引言130
7.2試驗材料與方法130
7.2.1試驗材料130
7.2.2試驗過程131
7.2.3分析與檢測131
7.3結果與分析132
7.3.1E690高強鋼表面XRD衍射圖譜分析132
7.3.2E690高強鋼表面TEM顯微分析134
7.3.3基於調幅分解的E690高強鋼微觀衝擊響應模型與應力弛豫機制137
7.4本章小結138
參考文獻139
第8章激光衝擊E690高強鋼位錯組態與晶粒細化的試驗研究141
8.1引言141
8.2試驗方案設計141
8.2.1試驗材料及衝擊試驗141
8.2.2微觀組織觀測142
8.3試驗結果與分析142
8.3.1激光衝擊E690高強鋼截面組織分析142
8.3.2激光衝擊E690高強鋼表層微結構分析143
8.3.3激光衝擊E690高強鋼內部位錯組態研究144
8.4本章小結152
參考文獻152
第9章激光衝擊對E690高強鋼激光熔覆修復微觀組織的影響155
9.1引言155
9.2試驗材料與方法155
9.2.1試驗材料155
9.2.2試驗過程156
9.2.3分析與檢測157
9.3試驗結果分析與討論158
9.3.1物相分析158
9.3.2顯微組織分析159
9.3.3激光衝擊E690高強鋼熔覆層表層位錯組態研究164
9.3.4表面殘餘應力170
9.4本章小結171
參考文獻172
第10章激光衝擊對E690高強鋼熔覆修復結合界面組織的影響175
10.1引言175
10.2試樣材料與方法175
10.2.1試樣制備175
10.2.2熔覆層制備與強化176
10.2.3分析與檢測177
10.3E690高強鋼基體及熔覆層的織構分析177
10.4激光衝擊E690高強鋼熔覆層截面微結構分析179
10.4.1激光衝擊對熔覆層截面織構的影響179
10.4.2激光衝擊E690高強鋼熔覆截面晶粒尺寸變化與晶界取向角分析180
10.5激光衝擊E690高強鋼熔覆層界面微結構分析184
10.5.1激光衝擊對E690熔覆界面織構的影響184
10.5.2激光衝擊對熔覆層界面微觀組織的影響187
10.5.3激光衝擊E690高強鋼熔覆層界面晶界取向角分析189
10.6激光衝擊E690高強鋼熔覆層界面響應模型191
10.7本章小結192
參考文獻192
第11章E690高強鋼表面激光衝擊微造型及其摩擦學性能的試驗研究194
11.1引言194
11.2激光衝擊微造型的模擬與試驗方法195
11.2.模型的建立195
11.2.2激光衝擊微造型試驗196
11.2.3摩擦磨損試驗198
11.3激光衝擊微造型的成形規律及表面微觀結構演變199
11.3.1激光衝擊次數對微造型表面形貌的影響199
11.3.2激光衝擊次數對殘餘應力和FWHM值的影響201
11.3.3微造型表面納米化及調幅分解驗證205
11.4微造型幾何參數設計對摩擦學性能的影響206
11.4.1摩擦學性能分析方法206
11.4.2微造型密度對摩擦繫數的影響206
11.4.3微造型深度對摩擦繫數的影響208
11.5磨損表面與磨損機理分析209
11.5.1磨損表面分析209
11.5.2磨損機理分析211
11.6本章小結213
參考文獻214
第12章激光衝擊微造型表面AlCrN塗層制備及減摩機理217
12.1引言217
12.2AlCrN塗層制備試驗及測試方法217
12.2.1AlCrN塗層的制備方法217
12.2.2表面和截面微觀形貌觀察219
12.2.3X射線物相檢測219
12.2.4顯微硬度與殘餘應力檢測219
12.2.5塗層工程結合強度檢測220
12.3AlCrN塗層性能分析221
12.3.1表面宏觀形貌221
12.3.2表面微觀形貌與物相分析222
12.3.3顯微硬度與殘餘應力223
12.3.4塗層與基體的結合強度224
12.4微造型-AlCrN塗層試樣的摩擦磨損性能研究226
12.4.1不同密度微造型-AlCrN塗層的摩擦學性能226
12.4.2不同深度微造型-AlCrN塗層的摩擦學性能227
12.5微造型-AlCrN塗層試樣的磨損表面觀察及機理分析229
12.5.1磨損表面形貌分析229
12.5.2磨損表面的EDS能譜分析232
12.5.3微造型-AlCrN塗層的減摩潤滑模型233
12.6本章小結234
參考文獻235

自升式平臺是海洋資源開發的重要裝備，樁腿是其升降繫統的核心機構。本書針對樁腿材料E690高強鋼的磨損、疲勞、膠損傷行為，聚焦激光衝擊誘導E690高強鋼動態響應、微觀結構與應力調控多尺度演變機制，介紹了E690高強鋼激光表面改性、減摩延壽及增材修復的基礎研究。本書著重闡述了涵蓋E690高強鋼失效行為與機理，激光衝擊波誘導E690高強鋼動態響應與殘餘應力形成機制，微觀組織結構與殘餘應力分布的相關性，激光衝擊微觀結構表征及基於位錯組態的晶粒細化機制，激光衝擊微造型減摩延壽和LCR/LSP復合修復機理的新理論、新方法及新技術。本書所述的研究內容及成果有利於激光表面改性、減摩延壽及增材修復的基礎研究成果盡快走向應用，有助於拓展高能束復合制造與再制造的新方法和工藝。本書可供從事激光加工、表面工程、高技術船舶與海洋工程裝備制造的科技人員、工程技術人員參考，也可作為機械工程、材料加工工程學科研究生等