一种热态激光喷丸装置及使用方法，包括用于放置试样的加工座，所述加工座内设有用于对试样加热的加热装置，加工座上设有用于固定试样的夹紧装置；所述加热装置电性连接有用于控制加热装置温度的控温箱，所述加工座和控温箱电性连接有计算机，且所述计算机连接有激光器；与现有技术相比，在电加热棒和温度传感器共同作用下控制试样处于稳定的动态应变时效温度，诱导产生热稳定性更高且影响深度更深的残余压应力，且能够减少激光喷丸诱发的形变诱导马氏体相变，使试样表层的力学性能、抗疲劳性能及抗应力腐蚀性能得以显著改善。性能及抗应力腐蚀性能得以显著改善。性能及抗应力腐蚀性能得以显著改善。
【技术实现步骤摘要】
一种热态激光喷丸装置及使用方法
[0001]本专利技术涉及激光冲击表面强化
，具体涉及一种热态激光喷丸装置及使用方法。
技术介绍
[0002]在金属材料使用越来越广泛的今天，对于金属零部件表面性能的要求也越来越严苛。激光喷丸作为一种新型表面处理技术，其利用激光诱导形成的等离子体可产生高强的激光冲击波并向金属板料内部传播强应力波。当应力波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料表层将发生严重的塑性变形，材料的表层位错密度增加、表层晶粒细化，材料表层的强度及硬度得以提升。此外，严重的塑性变形导致金属内部产生高强残余应力，材料的抗应力腐蚀及抗疲劳性能得以提升。相较于其他表面强化工艺，激光喷丸技术的应变率高达107 s
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1量级，激光喷丸形成的残余压应力层深度更深，残余压应力的大小及深度随激光喷丸强化次数的增加而增加。由于激光喷丸会引发形变诱发马氏体相变，从而减低抗应力腐蚀性能，如果能够通过某种手段减少激光喷丸后的形变诱发马氏体相变的含量，对提升激光喷丸的强化效果具有重要意义。在金属材料动态应变时效温度下进行激光喷丸，可以结合激光喷丸技术、动态应变时效及动态析出的优点，使靶材金属获得更高的表面强度及更大的表层位错密度，热稳定性更高且影响深度更深的残余压应力，显著提高材料的机械性能，并且能够减少激光喷丸诱发的形变诱导马氏体相变。因此，热态激光喷丸技术对于提高金属材料的力学性能及抗疲劳性能，特别是提高抗应力腐蚀性能具有较大的优势。
[0003]对于热态激光喷丸的装置和方法，专利号为CN109811119A的专利技术专利提出了一种热态激光喷丸装置，但该装置存在着一系列问题。在热态激光喷丸冲击试验过程中，当电磁加热线圈作为加热元器件时，加热线圈的大小影响加热面积的大小，无法保证材料表面温度均匀；再者，该加热装置加热阈值低范围小，无法满足大多数材料动态应变时效温度的要求；当高温油作为约束层时，所需辅助元件较多，且在热态激光喷丸过程中吸收层不易固定，加上高温油透光率较低的问题，很难保证热态激光喷丸强化的效果和均匀性。
[0004]专利号为CN101962710A的专利技术专利提出了一种用于硬脆材料激光喷丸强化的装置及方法，该方法首先使用激光器对工件表面进行加热，加热完毕后再进行激光冲击强化处理，从而完成了材料性能的强化。该方法没有涉及到冲击强化过程中的动态应变时效，无法大幅提高材料的性能。该装置采用激光器加热，加热面积小，易导致试样表面温度不均匀从而影响强化效果。
[0005]上述专利技术专利，在实际使用过程中装置较为复杂，不易操作；同时加热装置的加热面积受限，无法保证试样表面受热情况，另外现有技术无法确保试样始终处于动态应变时效温度下，从而造成激光喷丸效果差。
技术实现思路
[0006]本专利技术是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种提高材料表层力学性能、抗
疲劳性能及抗应力腐蚀性能的热态激光喷丸装置及使用方法。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种热态激光喷丸装置，包括用于放置试样的加工座，所述加工座内设有用于对试样加热的加热装置，加工座上设有用于固定试样的夹紧装置；所述加热装置电性连接有用于控制加热装置温度的控温箱，所述加工座和控温箱电性连接有计算机，且所述计算机连接有激光器，激光器产生有朝向试样的激光束；所述试样上设有用于压紧试样的光学玻璃，光学玻璃与试样之间设有覆盖于试样表面的铝箔，激光束穿过光学玻璃照射在铝箔上产生作用于试样上的激光冲击波；所述加热装置包括电加热棒和电加热棒电源导线，电加热棒电源导线连接于电加热棒两端，电加热棒电源导线与所述温控箱电性连接；所述电加热棒一侧设置有温度传感器，温度传感器与温控箱电性连接。
[0008]作为本专利技术的一种优选方案，所述加工座包括自下而上依次堆叠设置的工作台、隔热板和铸铜板，试样放置于铸铜板上，加热装置设置于铸铜板内，夹紧装置锁紧式设置于铸铜板上，计算机控制工作台移动。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，所述加热装置包括设置于铸铜板内部的电加热棒和电加热棒电源导线，电加热棒电源导线连接于电加热棒两端，电加热棒两端设有套接于电加热棒电源导线上的绝缘套。
[0010]作为本专利技术的一种优选方案，所述铸铜板一侧形成有测温孔，温度传感器安装于测温孔内，温度传感器与温控箱之间通过温度传感器导线电性连接。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，所述电加热棒在铸铜板内呈弓形分布，且所述试样放置在铸铜板的中部。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，夹紧装置压紧式设置于光学玻璃上，夹紧装置包括对应试样设置的两块压板，两块压板分别压紧式设置于光学玻璃的相对两端。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述压板下方设有支撑压板的垫片。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，铸铜板上形成有与压板相对应的两行螺纹孔组，螺纹孔组包括若干沿铸铜板横向排列的螺纹孔。
[0015]一种热态激光喷丸装置的使用方法，包括以下步骤：S1、放置试样，首先将试样、铝箔和光学玻璃从下到上依次叠放在铸铜板的中间位置；S2、压紧试样，根据试样、铝箔及光学玻璃的叠加厚度选取合适数量的垫片，利用压板将试样、铝箔及光学玻璃压紧于铸铜板上，将垫片放置于压板下方，对压板高度进行支撑，拧紧螺栓，完成试样固定；S3、调整试样位置，根据强化目标区域位置信息，通过计算机控制工作台移动试样至激光束辐照区域；S4、试样加热，通过计算机控制加热装置，加热试样至动态应变时效温度，保温一段时间后，控制激光器发射激光束；S5、喷丸作业，激光束穿过光学玻璃辐照在吸收层铝箔上，诱导产生的高强激光冲击波作用于试样表面，工作台按预定激光喷丸强化路径移动，对试样进行热态激光喷丸强化；S6、作业结束，强化结束后，利用计算机关闭激光器、加热装置及工作台，卸载压紧
力，取下光学玻璃及铝箔，待试样空冷至室温后取下试样。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、在电加热棒和温度传感器共同作用下控制试样处于稳定的动态应变时效温度，从而产生更好的喷丸效果；在激光器和铝箔的作用下形成高强激光冲击波，在高强激光冲击波及动态应变时效的共同作用下，热态激光喷丸较传统激光喷丸的晶粒细化程度更高，位错密度更大，诱导产生的残余应力数值更大且热稳定性更高，材料表层的强度及硬度得以提升；2、在激光喷丸的作用下造成对试样的高应变率，并在高应变率作用下的严重塑性变形与动态应变时效形成的柯垂尔气团的共同作用下，试样表层位错受到钉扎作用，位错增殖加速，进而形成高密度及均匀排列的位错，晶粒得以细化，并形成高强的残余压应力层。此外，在动态应变时效温度下，使试样金属获得更高的表面强度及更大的表层位错密度，热稳定性更高且影响深度更深的残余压应力，显著提高材料的机械性能，并且能够减少激光喷丸诱发的形变诱导马氏体相变，马氏体相变驱动力减弱，相变形核位置减少，马氏体长大受阻，马氏体相变行为因此被抑制，由上，试样表层的力学性能、抗疲劳性能及抗应力腐蚀性能得以改善；3、铸铜板的熔点本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热态激光喷丸装置，包括用于放置试样(19)的加工座，其特征在于，所述加工座内设有用于对试样(19)加热的加热装置，加工座上设有用于固定试样(19)的夹紧装置；所述加热装置电性连接有用于控制加热装置温度的控温箱(15)，所述加工座和控温箱(15)电性连接有计算机(16)，且所述计算机(16)连接有激光器(1)，激光器(1)产生有朝向试样(19)的激光束(2)；所述试样(19)上设有用于压紧试样(19)的光学玻璃(17)，光学玻璃(17)与试样(19)之间设有覆盖于试样(19)表面的铝箔(18)，激光束(2)穿过光学玻璃(17)照射在铝箔(18)上产生作用于试样(19)上的激光冲击波；所述加热装置包括电加热棒(7)和电加热棒电源导线(14)，电加热棒电源导线(14)连接于电加热棒(7)两端，电加热棒电源导线(14)与所述温控箱(15)电性连接；所述电加热棒(7)一侧设置有温度传感器(9)，温度传感器(9)与温控箱(15)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种热态激光喷丸装置，其特征在于，所述加工座包括自下而上依次堆叠设置的工作台(20)、隔热板(4)和铸铜板(3)，试样(19)放置于铸铜板(3)上，加热装置设置于铸铜板(3)内，夹紧装置锁紧式设置于铸铜板(3)上，计算机(16)控制工作台(20)移动。3.根据权利要求1所述的一种热态激光喷丸装置，其特征在于，所述电加热棒(7)两端设有套接于电加热棒电源导线(14)上的绝缘套(8)。4.根据权利要求2所述的一种热态激光喷丸装置，其特征在于，所述铸铜板(3)一侧形成有测温孔(6)，温度传感器(9)安装于测温孔(6)内，温度传感器(9)与温控箱(15)之间通过温度传感器导线(13)电性连接。5.根据权利要求3所述的一种热态激光喷丸装置，其特征在于，所述电加热棒(7)在铸铜板(3)内呈弓形分布，且所述试样(19)放置在铸铜板(3)的中部。6.根据权利要求1所述的一种热态激光喷丸装置，其特征在于，夹紧装置压紧式设置于光学玻璃(17)上，夹紧装置包括对应试样(19)设置的两块压板(10...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢志明，林上昆，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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