專利名稱：基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金表面強化以及激光加工技術(shù)，尤其是一種用于提高航空鈦合金材料疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性的溫度輔助的激光噴丸強化方法及裝置，具體地說是一種基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的方法及裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，鈦合金因為具有強度高、密度小，耐蝕性好等優(yōu)點而被廣泛應用于航空航天、載運以及海洋工程等各個領(lǐng)域。但是鈦及其合金，特別是航空鈦合金的應力集中敏感性高，疲勞強度可靠性低以及高溫力學性能穩(wěn)定·性差等問題一直得不到很好的解決，極大的限制了航空鈦合金的應用范圍。傳統(tǒng)的強化手段，例如滾壓以及激光噴丸等，在強化材料表面的同時也會出現(xiàn)表面深坑、應力集中和微裂紋等表面機械損傷，使得航空鈦合金的疲勞強度數(shù)據(jù)表現(xiàn)出極大的分散性，并且無法提高其高溫力學性能穩(wěn)定性。因此，如何可靠的提高航空鈦合金的疲勞性能以及高溫力學性能穩(wěn)定性已經(jīng)成為國內(nèi)外學者研究的焦點。當前鈦合金表面強化的手段主要有噴丸和滾壓。對于噴丸而言，目前常用的有機械噴丸和激光噴丸。機械噴丸是使用高速度的有質(zhì)彈丸對材料表面進行沖擊，從而實現(xiàn)表面強化。例如專利號為CN1334346A的專利申請?zhí)岢隽艘环N利用噴丸強化工藝提高齒輪的疲勞強度的方法，該方法利用高壓空氣向齒輪齒面投射大量的高速彈丸，實現(xiàn)齒輪齒面的強化。這種方法適合強化塑韌性較好的材料，但是對于航空鈦合金等高硬度材料還有以下缺陷(1)機械噴丸過程中，低速彈丸達不到理想的強化效果，高速彈丸又容易造成表面深坑、微裂紋等機械損傷，從而不能有效提高航空鈦合金材料的疲勞強度；(2)機械噴丸的噴丸區(qū)域不易得到分布均勻的殘余壓應力，容易造成應力集中，降低疲勞強度的可靠性。激光噴丸是利用高能激光束與材料表面相互作用，金屬表面吸收激光能量發(fā)生等離子爆炸產(chǎn)生沖擊波，從而實現(xiàn)類似噴丸的強化效果。例如專利號為NO. 4401477的美國專利提出了一種激光沖擊工藝，介紹了一種用于金屬零件表面改性的激光噴丸強化方法。該方法通過激光束與材料的相互作用可以實現(xiàn)極高應變率的塑性變形，從而顯著提高金屬表面的硬度，但是也有以下不足激光噴丸由于極高的應變率會對航空鈦合金材料產(chǎn)生極大的機械損傷，例如應力集中和微裂紋等，不利于航空鈦合金材料的疲勞強度的進一步提聞。對于滾壓而言，是利用滾刀在金屬表面施加壓力，從而在材料表面達到加工硬化的目的。例如專利號為CN101487079A的專利申請，提出了一種金屬表面的加工工藝，該工藝采用滾壓刀對金屬表面進行滾壓處理，達到增加金屬表面硬度以及提高金屬疲勞性能的目的。但是該方法還存在以下缺點(1)滾壓工藝對航空鈦合金材料的強化效果較低，從而對其疲勞強度影響較?。?2)該工藝會在航空鈦合金尖角以及邊緣處產(chǎn)生極大的應力集中，不利于疲勞強度的進一步提高；(3)該工藝一般用于強化平面，不適宜復雜曲面的加工。與本發(fā)明最接近的是專利號為CN101962710B以及CN101020946A的專利申請。專利號為CN101962710B的中國專利提出了一種用于硬脆材料激光噴丸強化的裝置及方法，該方法在使用連續(xù)激光器預熱的基礎上，利用脈沖激光器進行激光噴丸，從而實現(xiàn)對金屬材料的表面強化。這種方法可以減輕激光噴丸對金屬材料的機械損傷，一定程度上改善了硬脆材料的疲勞強度，但是也存在著缺點(I)本方法僅僅考慮到溫度對材料的軟化效應，并沒有考慮到動態(tài)應變時效的因素，因此不屬于激光溫噴丸的范圍，也達不到激光溫噴丸大幅提高材料疲勞強度的效果；(2)只能在一定程度上降低激光噴丸造成的材料損傷，沒有達到修復的效果，因此疲勞強度提高不大，可靠性不高；(3)裝置復雜，不易操作，成本較高。專利號為CN101020946A的專利申請?zhí)岢隽艘环N利用機械噴丸強化提高鈦金屬疲勞強度的方法，該方法在傳統(tǒng)噴丸的基礎上，再進行二次細化噴丸，在保持一定殘余壓應力的基礎上，降低損傷程度，使材料的疲勞強度獲得提高。這種方法可以在一定程度上提高鈦金屬材料的疲勞強度，但是也有不足(I)該方法采用的傳統(tǒng)的機械噴丸，在金屬表面產(chǎn)生的殘余壓應力不大，且應變率較低，疲勞強度提高的幅度不大；(2)由于有質(zhì)彈丸速度不均勻，噴丸區(qū)域殘余壓應力不均勻，容易造成應力集中，限制了疲勞強度的提高；(3)傳統(tǒng)機械噴丸的工藝參數(shù)可控性較差，在受噴表面的覆蓋率及其均勻性難以控制，導致被噴丸零件的力學性能波動較大；(4)傳統(tǒng)機械噴丸產(chǎn)生的殘余壓力和微觀組織結(jié)構(gòu)在高溫和交變載荷 作用下并不穩(wěn)定，易產(chǎn)生松弛釋放現(xiàn)象，導致使用壽命增益有限。激光溫噴丸，又稱為溫度輔助的激光噴丸，是一種新型的表面強化處理技術(shù)，通過在一定的溫度效應下進行激光沖擊，可以實現(xiàn)更高的位錯密度以及位錯纏結(jié)，同時伴隨著動態(tài)應變時效和動態(tài)析出的出現(xiàn)。這些特點決定了激光溫噴丸能夠達到比機械噴丸更加優(yōu)良的表面強化效果。同時，激光溫噴丸能夠通過動態(tài)應變時效和動態(tài)析出產(chǎn)生比激光噴丸和機械噴丸更加穩(wěn)定的殘余壓應力，這也說明激光溫噴丸能在一定程度上降低噴丸對材料的機械損傷，從而顯著提高材料的疲勞強度。但是激光溫噴丸由于極高的應變率，依舊會在材料表面產(chǎn)生一定的微裂紋和應力集中等機械損傷，因此單純的激光溫噴丸依舊不能大幅度地可靠地提高航空鈦合金材料的疲勞強度。因此，如何可靠的提高航空鈦合金的疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性已經(jīng)成為機械相關(guān)領(lǐng)域的焦點問題。通過對國內(nèi)外文獻進行檢索，目前還沒有發(fā)現(xiàn)利用溫度輔助的基于動態(tài)應變時效的大、小光斑復合的激光噴丸工藝強化材料的方法及裝置，本發(fā)明為首次提出該工藝方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的鈦合金表面處理技術(shù)存在的易產(chǎn)生應力集中和微裂紋影響工作性能的問題，發(fā)明一種利用動態(tài)應變時效起到更好的強化效果，并通過溫度效應以及第二次噴丸的沖擊效應降低以及修復噴丸對航空鈦合金材料的機械損傷，同時引入較大的穩(wěn)定的殘余壓應力，最后通過局部噴丸降低應力集中，大幅提高航空鈦合金的疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性的基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的方法及裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是之一
一種基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的方法，其特征在于首先對航空鈦合金工件進行加熱并使用激光器進行一次噴丸，以使材料內(nèi)部發(fā)生動態(tài)應變時效來強化材料表面，并利用溫度效應降低機械損傷，其次采用低于一次噴丸的能量和小于一次噴丸的光斑及工件溫度進行二次激光噴丸，利用第二次噴丸的溫度效應以及沖擊效應修復材料表面損傷；最后利用XRD衍射檢測裝置對噴丸表面進行探測，對應力集中區(qū)域進行局部噴丸降低應力集中，達到大幅提高航空鈦合金疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性的目的。所述的采用激光器進行一次噴丸時采用5 20 J能量及T5 mm光斑，以259Γ50%搭接率在20(T30(TC下對工件表面進行噴丸強化。所述的采用激光器進行二次噴丸時采用廣2 J能量及0.5 1 _光斑以509Γ75%搭接率，在io(Ti5(rc下對工件表面進行二次噴丸。所述的局部噴丸采用的激光器能量2 3 J，光斑直徑O. 5 mm,搭接率50°/Γ75%，工件 溫度150°C。本發(fā)明的具體方法步驟可詳述為
A)在將航空鈦合金工件加熱前，先涂覆黑漆，再安置在加熱平臺上，并加熱平臺與工件之間設有溫度傳感器，黑漆上方安置耐高溫玻璃作為約束層；
B)開啟計算機控制系統(tǒng)和加熱平臺，由計算機系統(tǒng)控制加熱平臺的溫度保持在200^3000C ;達到所述的溫度后，開啟激光器、步進電動機以及五軸工作臺，計算機系統(tǒng)設置激光器能量為5 20 J，激光束光斑直徑為Γ5 mm，并控制五軸工作臺以25°/Γ50%搭接率開始一次激光噴丸；
c)光斑覆蓋整個噴丸區(qū)域以后，計算機控制系統(tǒng)調(diào)整加熱平臺溫度保持在io(Ti5(rc，再由計算機系統(tǒng)調(diào)節(jié)激光器能量為f 2 J，激光光斑直徑為0.5 1 _，并控制五軸工作臺以50°/Γ75%搭接率進行第二次激光噴丸；
D)使用XRD衍射探頭檢測工件表面的殘余應力狀態(tài)以及大小，計算機系統(tǒng)調(diào)節(jié)五軸工作臺和激光器對應力集中的區(qū)域進行局部激光噴丸；局部激光噴丸參數(shù)為能量疒3 J，光斑直徑O. 5 _，搭接率50% 75%，工件溫度150°C ；
E)噴丸結(jié)束后，關(guān)閉激光器、加熱平臺、步進電動機以及五軸工作臺，待工件空冷到室溫后取下工件。本發(fā)明的技術(shù)方案是之二
一種基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的裝置，其特征在于它包括激光器I，反光鏡2，光斑調(diào)節(jié)裝置3，XRD衍射探頭4，XRD分析儀5，耐高溫玻璃6，溫度傳感器9，加熱平臺10，五軸工作臺11，工作臺腳架12，步進電動機13，導軌14，導軌數(shù)控系統(tǒng)15，加熱平臺控制系統(tǒng)16，五軸工作臺數(shù)控系統(tǒng)17，集成控制器18，計算機控制系統(tǒng)19，工件8安裝在加熱平臺10上，在工件8的待處理表面上預置有黑漆層7，黑漆層7的上方設置耐高溫玻璃6作為約束層；位于耐高溫玻璃6上方的光斑調(diào)節(jié)裝置3通過夾具與導軌14相連，步進電動機13與夾具之間通過絲杠連接，光斑調(diào)節(jié)裝置3可以隨夾具在導軌14上移動；溫度傳感器9安裝在加熱平臺10面向工件8的平面上；加熱平臺10安裝在五軸工作臺11上，五軸工作臺11安裝在工作臺腳架12上；溫度傳感器9與加熱平臺控制系統(tǒng)16之間、步進電動機13與導軌數(shù)控系統(tǒng)15之間、五軸工作臺11與五軸工作臺數(shù)控系統(tǒng)17電氣連接，導軌數(shù)控系統(tǒng)15、加熱平臺控制系統(tǒng)16和五軸工作臺數(shù)控系統(tǒng)17均受控于集成控制器18，集成控制器18受控于計算機系統(tǒng)19 ;可移動的XRD衍射探頭4與XRD分析儀5相連，XRD分析儀5通過數(shù)據(jù)導線與計算機系統(tǒng)19相連，XRD衍射探頭4測得的應力數(shù)據(jù)傳送到XRD分析儀5，XRD分析儀5分析應力數(shù)據(jù)并記錄下應力集中點的精確位置，同時將坐標傳送到計算機系統(tǒng)19，計算機系統(tǒng)19根據(jù)XRD分析儀5傳送的坐標，調(diào)節(jié)五軸工作臺11的位置，使應力集中區(qū)域?qū)始す夤饴?，進行局部噴丸以降低應力集中。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明在已有表面強化工藝的基礎上，提出了溫度輔助的基于動態(tài)應變時效的大、小光斑復合的激光噴丸工藝方法。該工藝首先利用激光器采用5 20 J能量及3 5 mm光斑以25% 50%搭接率在200 300°C下對工件表面進行噴丸強化，然后利用I 2 J能量及O. 5 I mm光斑以50% 75%搭接率在100 150°C下對工件表面進行二次噴丸，最后對應力集中區(qū)域進行局部噴丸。該方法可以克服上述技術(shù)的缺點，大幅提高航空鈦合金材料的疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性。本發(fā)明通過第一次噴丸在材料內(nèi)部發(fā)生動態(tài)應變時效來強化鈦合金表面，并利用溫度效應降低機械損傷，然后利用第二次噴丸的溫度效應以及沖擊效應修復鈦合金表面損 傷，最后通過局部噴丸降低應力集中，達到大幅提高航空鈦合金疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性的目的。本發(fā)明能應用于較大尺寸工件以及復雜曲面工件的強化。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，成本低廉。


圖I為本發(fā)明的噴丸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的激光噴丸路徑的示意圖。圖3為本發(fā)明的標準拉伸試樣圖及噴丸區(qū)域圖。圖中1、激光器；2、反光鏡；3、光斑調(diào)節(jié)裝置；4、XRD衍射探頭；5、XRD分析儀；6、耐高溫玻璃；7、黑漆；8、工件；9、溫度傳感器；10、加熱平臺；11、五軸工作臺；12、工作臺腳架；13、步進電動機；14、導軌；15、導軌數(shù)控系統(tǒng)；16、加熱平臺控制系統(tǒng)；17、五軸工作臺數(shù)控系統(tǒng)；18、集成控制器；19、計算機控制系統(tǒng)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一。如圖2-3所示。—種基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的方法，它首先利用激光器采用5^20 J能量及3 5 mm光斑以25°/Γ50%搭接率在20(T30(TC下對工件表面進行第一次噴丸強化，然后利用廣2 J能量及O. 5 1 mm光斑以50°/Γ75%搭接率在10(Tl50°C下對工件表面進行二次噴丸，最后對應力集中區(qū)域進行局部噴丸，其參數(shù)為能量為2 3J，光斑直徑為O. 5mm，搭接率為50°/Γ75%，工件溫度為150°C。通過第一次噴丸強化在材料內(nèi)部發(fā)生動態(tài)應變時效來強化材料表面，并利用溫度效應降低機械損傷，然后利用第二次噴丸的溫度效應以及沖擊效應修復材料表面損傷，最后通過局部噴丸降低應力集中，達到大幅提高航空鈦合金疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性的目的。噴丸路徑如圖2。
具體步驟詳述如下
A)將涂覆黑漆7的工件8安置在加熱平臺10上，加熱平臺與工件之間設有溫度傳感器9，黑漆上方安置耐高溫玻璃6作為約束層。B)開啟計算機控制系統(tǒng)19和加熱平臺10，計算機控制系統(tǒng)19控制加熱平臺10的溫度保持在20(T30(TC。C)達到上述溫度后，開啟激光器I、光斑調(diào)節(jié)裝置步進電動機13以及五軸工作臺11，計算機控制系統(tǒng)19設置激光器能量為5 20 J，激光束光斑直徑為3 5 mm，并控制五軸工作臺11以25°/Γ50%搭接率開始激光噴丸。D) 光斑覆蓋整個噴丸區(qū)域以后，計算機控制系統(tǒng)19調(diào)節(jié)加熱平臺10溫度保持在 100 150。。， Ε)計算機控制系統(tǒng)19調(diào)節(jié)激光器I能量為f 2 J,激光光斑直徑為O. 5^1 mm,并控制五軸工作臺11以50°/Γ75%搭接率進行第二次激光噴丸。F)使用XRD衍射探頭4檢測工件8表面的殘余應力狀態(tài)以及大小，計算機系統(tǒng)19調(diào)節(jié)五軸工作臺11和激光器I對應力集中的區(qū)域進行局部激光噴丸，局部激光噴丸的參數(shù)為能量為2 3 J，光斑直徑為O. 5 mm，搭接率為50°/Γ75%，工件溫度為150°C。G)噴丸結(jié)束后，關(guān)閉激光器I、加熱平臺10、步進電動機13以及五軸工作臺11，待工件8空冷到室溫后取下。以鈦合金Ti6A14V為例。實驗分為三組，每組包含4塊標準拉伸試樣，如圖3所示。第一組實驗中，對4塊標準拉伸試樣進行激光噴丸處理，激光器3采用Nd: YAG固體激光器，參數(shù)如下能量為10 J，光斑直徑3 mm。第二組實驗中，對4塊標準拉伸試樣進行激光溫噴丸處理，激光器3采用Nd: YAG固體激光器，參數(shù)如下能量為10 J，光斑直徑3 mm,試樣溫度260°C。第三組實驗中，對4塊標準拉伸試樣采用溫度輔助基于動態(tài)應變時效的激光噴丸強化工藝處理，激光器3采用Nd:YAG固體激光器，參數(shù)如下激光能量廣12 J，激光光斑直徑O. 5^5 mm。實施具體過程如下
A)將涂覆黑漆7的Ti6A14V工件8安置在加熱平臺10上，加熱平臺與工件之間設有溫度傳感器9，黑漆上方安置耐高溫玻璃6作為約束層。B)開啟計算機控制系統(tǒng)19和加熱平臺10，計算機控制加熱平臺10的溫度保持在260。。。C)達到上述溫度后，開啟激光器I、光斑調(diào)節(jié)裝置步進電動機13以及五軸工作臺11，計算機系統(tǒng)19設置激光器能量為10 J，激光束光斑直徑為3 mm，并控制五軸工作臺11以50%搭接率開始激光噴丸。D)光斑覆蓋整個噴丸區(qū)域以后，計算機控制系統(tǒng)19調(diào)節(jié)加熱平臺10溫度保持在120。。，
E)計算機系統(tǒng)19調(diào)節(jié)激光器I能量為I. 0J,激光光斑直徑為O. 5 mm,并控制五軸工作臺11以50%搭接率進行第二次激光噴丸。F)使用XRD衍射探頭4檢測工件8表面的殘余應力狀態(tài)以及大小，計算機系統(tǒng)19調(diào)節(jié)五軸工作臺11和激光器I對應力集中的區(qū)域進行局部激光噴丸。局部激光噴丸的參數(shù)為能量為2J，光斑直徑為O. 5mm，搭接率為50%，工件溫度為150°C。
G)噴丸結(jié)束后，關(guān)閉激光器I、加熱平臺10、步進電動機13以及五軸工作臺11，待工件8空冷到室溫后取下。實驗完畢后，通過MTS809試驗系統(tǒng)，測試所有試樣的疲勞壽
命，測試條件為最大載荷24. 5 KN,正弦波加載方式，平均載荷13. 475 KN，加載頻率13 HZ0結(jié)果如表I
權(quán)利要求
1.一種基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的方法，其特征在于首先對航空鈦合金工件進行加熱并使用激光器進行一次噴丸，以使材料內(nèi)部發(fā)生動態(tài)應變時效來強化材料表面，并利用溫度效應降低機械損傷，其次采用低于一次噴丸的能量和小于一次噴丸的光斑及工件溫度進行二次激光噴丸，利用第二次噴丸的溫度效應以及沖擊效應修復材料表面損傷；最后利用XRD衍射檢測裝置對噴丸表面進行探測，對應力集中區(qū)域進行局部噴丸降低應力集中，達到大幅提高航空鈦合金疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的采用激光器進行一次噴丸時采用5 20J能量及3 5 mm光斑，以25°/Γ50%搭接率在20(T30(TC下對工件表面進行噴丸強化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的采用激光器進行二次噴丸時采用廣2J能量及O. 5 I mm光斑以50% 75%搭接率，在10(Tl5(rC下對工件表面進行二次噴丸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的局部噴丸采用的激光器能量為2 3J，光斑直徑為O. 5 mm，搭接率為50% 75%，工件溫度為150°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是 首先，在將航空鈦合金工件加熱前，先涂覆黑漆，再安置在加熱平臺上，并加熱平臺與工件之間設有溫度傳感器，黑漆上方安置耐高溫玻璃作為約束層； 其次，開啟計算機控制系統(tǒng)和加熱平臺，由計算機系統(tǒng)控制加熱平臺的溫度保持在200^3000C ;達到所述的溫度后，開啟激光器、步進電動機以及五軸工作臺，計算機系統(tǒng)設置激光器能量為5 20 J，激光束光斑直徑為Γ5 mm，并控制五軸工作臺以25°/Γ50%搭接率開始一次激光噴丸； 第三，光斑覆蓋整個噴丸區(qū)域以后，計算機控制系統(tǒng)調(diào)整加熱平臺溫度保持在10(Tl5(rC，再由計算機系統(tǒng)調(diào)節(jié)激光器能量為廣2 J，激光光斑直徑為0.5 1 mm，并控制五軸工作臺以50°/Γ75%搭接率進行第二次激光噴丸； 第四，使用XRD衍射探頭檢測工件表面的殘余應力狀態(tài)以及大小，計算機系統(tǒng)調(diào)節(jié)五軸工作臺和激光器對應力集中的區(qū)域進行局部激光噴丸；局部激光噴丸參數(shù)為能量2 3J，光斑直徑為O. 5 mm，搭接率為50% 75%，工件溫度為150°C ； 最后，噴丸結(jié)束后，關(guān)閉激光器、加熱平臺、步進電動機以及五軸工作臺，待工件空冷到室溫后取下工件。
6.一種基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的裝置，其特征在于它包括激光器(I)，反光鏡(2 )，光斑調(diào)節(jié)裝置(3 )，XRD衍射探頭(4)，XRD分析儀(5 )，耐高溫玻璃(6 )，溫度傳感器(9)，加熱平臺(10)，五軸工作臺(11)，工作臺腳架(12)，步進電動機(13)，導軌(14)，導軌數(shù)控系統(tǒng)(15)，加熱平臺控制系統(tǒng)(16)，五軸工作臺數(shù)控系統(tǒng)(17)，集成控制器(18)，計算機控制系統(tǒng)(19)，工件(8)安裝在加熱平臺(10)上，在工件(8)的待處理表面上預置有黑漆層(7)，黑漆層(7)的上方設置耐高溫玻璃(6)作為約束層；位于耐高溫玻璃(6)上方的光斑調(diào)節(jié)裝置(3)通過夾具與導軌(14)相連，步進電動機(13)與夾具之間通過絲杠連接，光斑調(diào)節(jié)裝置(3)可以隨夾具在導軌(14)上移動；溫度傳感器(9)安裝在加熱平臺(10)面向工件(8)的平面上；加熱平臺(10)安裝在五軸工作臺(11)上，五軸工作臺(11)安裝在工作臺腳架(12 )上；溫度傳感器(9 )與加熱平臺控制系統(tǒng)(16 )之間、步進電動機(13 )與導軌數(shù)控系統(tǒng)(15)之間、五軸工作臺(11)與五軸工作臺數(shù)控系統(tǒng)(17)電氣連接，導軌數(shù)控系統(tǒng)(15)、加熱平臺控制系統(tǒng)(16)和五軸工作臺數(shù)控系統(tǒng)(17)均受控于集成控制器(18)，集成控制器(18)受控于計算機系統(tǒng)(19);可移動的XRD衍射探頭(4)與XRD分析儀(5)相連，XRD分析儀(5)通過數(shù)據(jù)導線與計算機系統(tǒng)(19)相連，XRD衍射探頭(4)測得的應力數(shù)據(jù)傳送到XRD分析儀(5)，XRD分析儀(5)分析應力數(shù)據(jù)并記錄下應力集中點的精確 位置，同時將坐標傳送到計算機系統(tǒng)(19)，計算機系統(tǒng)(19)根據(jù)XRD分析儀(5)傳送的坐標，調(diào)節(jié)五軸工作臺(11)的位置，使應力集中區(qū)域?qū)始す夤饴罚M行局部噴丸以降低應力集中。
全文摘要
一種基于動態(tài)應變時效的激光噴丸航空鈦合金的方法及裝置，其特征所述的方法是首先對航空鈦合金工件進行加熱并使用激光器進行一次噴丸，以使材料內(nèi)部發(fā)生動態(tài)應變時效來強化材料表面，并利用溫度效應降低機械損傷，其次采用低于一次噴丸的能量和小于一次噴丸的光斑及工件溫度進行二次激光噴丸，利用第二次噴丸的溫度效應以及沖擊效應修復材料表面損傷；最后利用XRD衍射檢測裝置對噴丸表面進行探測，對應力集中區(qū)域進行局部噴丸降低應力集中。本發(fā)明能大幅提高航空鈦合金疲勞強度及其可靠性以及高溫力學性能穩(wěn)定性。
文檔編號C22F1/18GK102925836SQ201210455869
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者孟憲凱, 周建忠, 黃舒, 左立黨, 盛杰, 王宏宇, 田清, 鐘輝 申請人:江蘇大學