近日，我院张亚龙博士紧固连接团队联合北京宇航系统工程研究所、航天精工等相关单位在国际知名期刊《Optics and Laser Technology》发表《Preventing bolt head fracture and enhancing tensile fatigue life of GH4169 bolts via laser shock peening》。该研究系统分析了激光冲击强化处理后GH4169高温合金螺栓圆角的表面完整性、拉伸疲劳断裂行为以及强化机理。
针对航空航天高温合金螺栓在服役过程中容易受到应力集中和疲劳损伤影响、螺栓头部易发生疲劳断裂等关键问题，研究团队采用激光冲击强化（Laser Shock Peening，LSP）技术对GH4169高温合金螺栓头下圆角区域进行强化处理，系统研究了LSP对螺栓表面完整性、微观组织及拉伸疲劳性能的影响，揭示了激光冲击强化改善GH4169螺栓疲劳性能并抑制螺栓头部断裂的作用机制。
主要研究工作如下:
透射电镜微观组织：(a) 1号试样晶界处粗大δ相(b) 3号试样δ相；(c)图a高分辨透射图(d)图b高分辨透射图
激光冲击强化试样电子背散射衍射微观组织：(a)反极图(b)晶粒尺寸分布(c)反极图(d)极图(e)内核平均错位图(f)内核平均错位角度统计
(a)试样表面残余应力。(b)沿深度方向残余应力分布曲线
未处理与激光冲击强化GH4169螺栓拉伸疲劳寿命柱状图
未处理与激光冲击强化GH4169螺栓疲劳断口形貌图。1号试样(a1‑a5)循环次数86250次。2号试样(b1‑b4)循环次数104201次。3号试样(c1‑c5)循环次数141557次。4号试样(d1‑d4)循环次数130287次
疲劳失效机理对比分析示意图
研究结果表明，LSP能够显著改善GH4169螺栓表层完整性，通过引入残余压应力、提高表面硬度、细化晶粒及调控析出相等多重强化作用，有效提升材料的抗疲劳性能。经优化LSP处理后，表层晶粒由24.9 μm细化至8.16 μm，表面显微硬度最高提高22.17%，平均拉伸疲劳寿命达到141557次，较未处理试样提高64.12%，有效抑制了螺栓头部疲劳断裂。该研究揭示了LSP多机制协同强化GH4169螺栓的作用规律，为航空航天高温合金关键紧固件的疲劳性能提升和可靠服役提供了重要技术支撑。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2026.116246
张亚龙副教授团队依托河南省紧固连接技术重点实验室，主要开展航空航天装备紧固连接技术及装配可靠性研究，先后主持中国博士后科学基金、河南省重点研发、科技攻关、高校重点、航空、航天企业委托委托等多项课题，已发表30余篇国内外期刊论文，授权多项紧固连接领域发明专利，研究成果重点支撑了航空航天装备关键连接构件的国产化研制与高可靠服役。
近年来，我院持续围绕航空航天高性能材料、先进表面强化技术及关键零部件服役可靠性开展科研攻关，积极推动基础研究与工程应用深度融合。该研究成果聚焦航空航天高温合金关键紧固件疲劳失效这一工程实际问题，通过激光冲击强化技术实现GH4169螺栓表层组织与应力状态的协同调控，为提升航空航天关键连接结构的疲劳寿命和服役安全性提供了重要技术支撑，进一步体现了我院在先进制造与表面工程领域的科研实力。（文图、编辑/王正鹤 审核/王毅）
