【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钛合金实验领域，具体涉及一种用于探究钛合金强化机理的实验装置及实验方法。
技术介绍
1、钛合金由于具有高的比强度、高的断裂韧性以及优良的耐腐蚀性等特性，被广泛应用于航空、航天、船舶等装备的关键零部件。例如，在航空领域，钛合金主要用于航空发动机内部风扇叶片和压气机叶片的制造。众所周知，钛合金叶片长期在交变载荷、高温高压的耦合作用下服役，其表面极易发生不同程度的损伤，加之钛合金对损伤和缺陷的敏感度极高，从而导致其在使用过程中发生过早失效，严重影响其服役寿命和使用性能。
2、作为一种先进的表面强化技术，激光冲击强化能够在材料表面诱导产生高幅值残余压应力，同时改善材料微观组织，进而显著提升材料的使用寿命和使用可靠性。然而，由于钛合金室温下延伸率差，成形性能差，单一的激光冲击强化技术存在很大局限性。因此，激光冲击复合强化技术应运而生。脉冲电场辅助激光冲击强化技术是通过耦合脉冲电场的电致塑性效应来有效改善钛合金的塑性变形能力，从而获得更深的表面强化层和表面质量。电致塑性效应主要是由非热效应(纯电致塑性效应)和热效应(焦耳热效应)共同导致的一种复合效应。纯电致塑性效应理论认为脉冲电流提高了金属位错组织的激活能，加快了位错组织的运动，从而改善了金属的塑性；焦耳热效应理论认为是由于通电时产生焦耳热使得材料软化，进而提高了金属的塑性。目前，对于两种效应的作用机理尚未形成统一认识，主要是因为难以解耦出热效应和单独研究非热效应的影响。
3、经检索，中国专利文献cn115232924a公开了一种强脉冲电流与局部深冷辅
4、中国专利文献cn115055811a公开了一种电磁辅助铝合金激光冲击成形方法及装置，根据板材弯曲成形要求将铝合金板材表面分为内凹表面和外凸表面；在铝合金板材两端施加电场，在铝合金板材另两端施加磁场，所述电场方向垂直于磁场方向，通过磁场力作用使电场产生的电荷正负分开，所述内凹表面上分布正电荷，所述外凸表面上分布负电荷；在内凹表面涂覆吸收层，在内凹表面设有连续流动的约束层，通过脉冲激光冲击内凹表面，得到具有弧度的铝合金板材。该专利技术在电流及磁场作用下，铝合金板件的流动应力和变形阻力大幅降低，有效抑制材料表面应力回弹量，显著提升板件的极限成形尺寸。但是在解耦出热效应和单独研究非热效应的影响中，该专利技术将铝合金板件的流动应力和变形阻力大幅降低并不能有助于研究。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提出一种用于探究钛合金强化机理的实验装置及实验方法，可以解耦出热效应和单独研究非热效应的影响，以分析非热效应与热效应的影响机制。
2、所采用的技术方案为：
3、本专利技术的一种用于探究钛合金强化机理的实验装置，包括：
4、脉冲激光器系统组件，其包括脉冲激光器，用于激光冲击强化加工钛合金样件，以获得激光冲击强化钛合金样件所需的加工工艺参数；
5、液氮深冷系统组件，其包括液氮冷却板，用于对钛合金样件进行冷却；
6、夹持固定系统组件，其包括运动平台、螺钉和压板，先将液氮冷却板安放在运动平台上，再将钛合金样件安放在液氮冷却板上，然后在钛合金样件的待强化表面粘附一层保护层材料，随后安放约束层材料，用螺钉和压板将钛合金样件进行夹紧并与液氮冷却板固定在一起，以用于后续激光冲击强化加工；
7、计算机，其用于控制脉冲激光器和运动平台。
8、其中，计算对运动平台的控制，例如通过对运动平台安装的驱动电机进行控制。该驱动电机用于驱动运动平台运动。
9、进一步地，所述脉冲激光器系统组件包括脉冲激光器、反射镜和透镜，脉冲激光器发出的激光束经反射镜反射后再由透镜聚焦获得所需的光斑直径，而后用于激光冲击强化加工钛合金样件，以获得激光冲击强化钛合金样件所需的加工工艺参数。
10、进一步地，液氮深冷系统组件包括液氮贮罐、截止阀、液氮泵、压力阀、液氮管道和液氮冷却板，液氮贮罐中的液氮通过液氮管道经截止阀、液氮泵流经液氮冷却板中，并对钛合金样件进行冷却，随后通过压力阀排出。
11、本专利技术的一种利用上述所述的实验装置探究钛合金强化机理的实验方法，包括如下步骤：
12、s1.制作四块大小相同的钛合金样件，分别编号1#、2#、3#、4#；
13、s2.先取1#样件，将其待强化表面分别进行打磨、抛光、清洗、烘干处理，将保护层材料粘附于钛合金样件待强化的表面上；
14、s3.将粘附有黑胶带的钛合金样件放置于液氮冷却板上，选用石英玻璃作为约束层材料，将其安放在钛合金样件待强化的表面之上，随后用压板和螺钉将其固定；
15、s4.打开计算机中的激光器控制软件，设置好包括脉冲能量、频率和脉宽的脉冲激光器参数；
16、s5.打开计算机中的运动平台控制软件，移动运动平台调整好聚焦透镜和钛合金样件待强化表面之间的距离，以获得所需光斑直径；
17、s6.打开脉冲电源，调整好脉冲电流频率、脉宽和脉冲电源输出电流密度，随后运行脉冲电源；
18、s7.运行激光器，对钛合金样件进行冲击强化，每完成1个点冲击，需将激光器和脉冲电源暂停运行以更换黑胶带和石英玻璃，随后按照设定的搭接率将运动平台移动一段距离，然后运行脉冲电源，等待1min后运行激光器，完成下1个点的冲击；
19、s8.重复s7步骤，直到整个待强化表面全部强化；
20、s8.取2#钛合金样件，分别重复上述步骤s2、s3、s4、s5、s6；
21、s9.设置好液氮泵流量，调节好压力阀的液氮出口压力值，打开液氮贮罐的截止阀，随后运行液氮泵，对钛合金样件进行冷却1min；
22、s10.运行激光器，对样件进行冲击强化，同样地，每完成1个点冲击，需将激光器、脉冲电源和液氮泵暂停运行以更换黑胶带和石英玻璃，随后按照设定的搭接率将运动平台移动一段距离，然后运行脉冲电源，等待1min后运行液氮泵，继续等待1min后，运行激光器，完成下1个点的冲击；
23、s11.重复s10步骤，直到整个待强化表面全部强化；
24、s12.取3#钛合金样件，分别重复上述步骤s2、s3、s4、s5；
25、s13.设置好液氮泵流量，调节好液氮出口压力值，打开液氮贮本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于探究钛合金强化机理的实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于探究钛合金强化机理的实验装置，其特征在于，所述脉冲激光器系统组件包括脉冲激光器、反射镜和透镜，脉冲激光器发出的激光束经反射镜反射后再由透镜聚焦获得所需的光斑直径，而后用于激光冲击强化加工钛合金样件，以获得激光冲击强化钛合金样件所需的加工工艺参数。
3.根据权利要求1所述的用于探究钛合金强化机理的实验装置，其特征在于，液氮深冷系统组件包括液氮贮罐、截止阀、液氮泵、压力阀、液氮管道和液氮冷却板，液氮贮罐中的液氮通过液氮管道经截止阀、液氮泵流经液氮冷却板中，并对钛合金样件进行冷却，随后通过压力阀排出。
4.一种利用权利要求1-3任一所述的实验装置探究钛合金强化机理的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，S1中，利用线切割将钛合金棒料切成四块大小相同的钛合金样件。
6.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，S2中，选用黑胶带作为保护层材料，并将黑胶带平整、无气泡地粘附于钛合金样件待强化的表面
7.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，S3中，选用石英玻璃作为约束层材料。
8.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，S4中，所述脉冲激光器参数包括激光光斑直径3mm，波长为1064nm，脉宽为20ns，脉冲能量为1-15J，频率为1-5Hz。
9.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，S6中，所述脉冲电源输出电流密度为0-100A/mm2，脉冲电流频率为10Hz-10kHz，脉宽10-1000μs。
10.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，S9中，所述液氮泵流量为0-5L/min，压力阀负载范围为0-0.5MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种用于探究钛合金强化机理的实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于探究钛合金强化机理的实验装置，其特征在于，所述脉冲激光器系统组件包括脉冲激光器、反射镜和透镜，脉冲激光器发出的激光束经反射镜反射后再由透镜聚焦获得所需的光斑直径，而后用于激光冲击强化加工钛合金样件，以获得激光冲击强化钛合金样件所需的加工工艺参数。
3.根据权利要求1所述的用于探究钛合金强化机理的实验装置，其特征在于，液氮深冷系统组件包括液氮贮罐、截止阀、液氮泵、压力阀、液氮管道和液氮冷却板，液氮贮罐中的液氮通过液氮管道经截止阀、液氮泵流经液氮冷却板中，并对钛合金样件进行冷却，随后通过压力阀排出。
4.一种利用权利要求1-3任一所述的实验装置探究钛合金强化机理的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，s1中，利...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿永祥，吴荣达，刘轩廷，郑海忠，周培峰，肖怡新，曹新鹏，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。