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摘要
目的 深入理解无保护层激光冲击强化(LSPwC)的物理过程。方法 对轧制TA2纯钛板材进行LSPwC处理，通过激光扫描显微镜、X射线应力仪分析试样的表面形貌和残余应力分布，使用透射电子显微镜分析LSPwC后试样表层的微观组织特征。使用Abaqus软件建立LSPwC过程的热力耦合仿真模型，分析试样温度和应力演变规律。结果 当激光脉冲能量为30 mJ、光斑直径为0.4 mm时，经LSPwC处理后TA2试样表面形成了厚度约为50μm的残余拉应力层，其最大残余压应力达到560 MPa，出现在距表面100μm的次表层；经LSPwC处理后TA2试样表面产生了超细马氏体晶，距表面100μm的微观组织表现为高密度位错缠结。随着激光脉冲能量和光斑直径的增大，激光热效应的持续时间增长、热影响深度增大，经LSPwC处理后TA2试样的残余压应力层深度增大。在LSPwC过程中，距表面10.2μm以内深度层的冷却速度超过106℃/s，但冷却速度随着脉冲能量和光斑直径的增大而减小。结论 在LSPwC过程中，激光热效应和激光诱导冲击波作用，导致试样表层迅速升温，并发生塑性变形，然后快速降温，形成了独特的残余应力分布和微观组织状态。
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