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大型离心式压缩机广泛的应用于机械、石油、化工、制冷等诸多重要领域。叶轮是压缩机的核心部件,它的可靠性直接影响到整个压缩机组的正常运转,叶轮在服役过程中受到复杂的载荷作用,易造成叶轮叶片的疲劳断裂、振动开裂等而使叶轮失效。因此,如何有效的提高叶轮或再制造叶轮的性能成为提高压缩机整体性能的核心问题。本文通过激光冲击强化技术对叶轮常用材料KMN-Ⅰ钢进行表面强化,利用Luong法快速预测了激光冲击强化前后KMN-Ⅰ钢的疲劳极限,并考核了在两种载荷条件下的疲劳寿命。其次,探索了激光冲击强化的强化机理及两种载荷条件下的疲劳失效机制。最终研究结果表明:(1)经激光冲击强化的试样,表层显微硬度由340HV提高到390HV,表层引入超过600MPa的残余压应力,压应力层达到2mm,压应力由表层向心部逐渐递减。微观组织结构表明,KMN-Ⅰ钢在激光冲击波作用下形成了表面纳米晶。(2)激光冲击强化提高了KMN-Ⅰ钢的疲劳强度,利用Luong法预测得到应力比R=-1下KMN-Ⅰ钢的疲劳极限相比未冲击的基材试样的疲劳极限提高约20MPa;在平均应力为700MPa下,其疲劳强度由960MPa提高到1000MPa左右。其次,利用应变和温升速率得到的试样的疲劳极限与红外热像法得到的疲劳极限值较为接近,表明三种信号参量均可用于金属疲劳极限的预测。(3)金属疲劳过程中,表层温度及温升速率的变化同应变变化规律相似,可以利用不同信号表征金属的疲劳过程进而代替了传统的应力-应变模式。对Morrow公式和Coffin-Manson公式进行平均应力的修正,分别得到基于温度和温升速率的应力-温度曲线,应力-温升速率曲线,温度-寿命曲线和温升速率-寿命曲线,将传统的应力-应变曲线,应变-寿命曲线进行了扩展。(4)激光冲击强化改变了试样裂纹萌生的位置,试样疲劳源萌生有两个位置,一是棱边处,二是一侧表面近中心位置。疲劳区均存在一小的裂纹扩展平台,瞬断区较大,为典型的等轴韧窝形貌,疲劳失效方式为韧性断裂。其次,试样断裂均出现在冲击区与未冲击区的交界处,表明试样中心部位经激光冲击后得到强化,应力集中向中心部位两侧移动,疲劳强度提高,疲劳寿命延长。