加热条件下的激光冲击强化方法及恒温器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种加热条件下的激光冲击强化方法及恒温器，其特征在于：采用无水乙醇清洗被加工金属工件的表面；加热金属工件，将金属工件放置在恒温器上，将约束层石英玻璃放置在金属工件上并压紧；将恒温器、金属工件和约束层整体夹装在成为整体，采用光斑相切的搭接方式对其进行激光冲击强化处理。本发明与相同激光参数的常规激光冲击强化处理进行了残余应力、疲劳性能、残余应力的热稳定性和周期稳定性对比：晶粒更加细密和残余应力水平提高；提高了位错在热退火时和周期载荷加载时的稳定性。
【专利说明】加热条件下的激光冲击强化方法及恒温器
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料表面改性领域，具体涉及一种加热条件下的激光冲击强化方法及恒温器。
【背景技术】
[0002]激光冲击强化技术(LSP)是利用高功率密度(lOM/cm2)、短脉冲(ns级)激光辐照金属材料表面，产生等离子体冲击波并向内部传播，在材料表层产生塑性变形，同时形成密集、稳定的位错结构及细化晶粒(“组织强化”机制)，并残留很大的残余压应力(“应力强化”机制)。该技术能有效地改善材料的机械性能，尤其是能显著地改善材料的抗疲劳和抗应力腐蚀性能。[0003]常规激光冲击强化技术中，强化过程中金属材料剧烈塑性变形会产生大的残余压应力和表面细化晶粒组织。在周期载荷的加载过程中，激光冲击强化处理产生的残余压应力并不稳定，特别是在温度较高的环境中，处理后产生的残余压应力和表面纳米结构在高温下完全被释放，从这可看出，通过激光冲击强化处理提高材料的疲劳寿命非常有限。因此，提高激光冲击强化产生的微组织和残余压应力的稳定性非常重要。
【发明内容】
[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种加热条件下的激光冲击强化方法及恒温器，解决现有激光冲击强化微组织和残余压应力的稳定性问题。
[0006]技术方案
[0007]一种加热条件下的激光冲击强化方法，其特征在于步骤如下:
[0008]步骤1:采用无水乙醇清洗被加工金属工件的表面；
[0009]步骤2:加热金属工件至280~300° C ；
[0010]步骤3:将恒温器的温度调至280-300° C，将金属工件放置在恒温器上，将约束层石英玻璃放置在金属工件7上并压紧；
[0011]步骤4:在石英玻璃表面粘贴0.1mm厚的透明塑料薄膜；
[0012]步骤5:将恒温器、金属工件和约束层整体夹装在成为整体，采用光斑相切的搭接方式对其进行激光冲击强化处理；
[0013]步骤6:更换新约束层，采用半圆搭接继续进行激光冲击强化处理，直至光斑覆盖全部待强化区域。
[0014]一种实现所述加热条件下的激光冲击强化方法的恒温器，其特征在于包括导热板
1、多个温度传感器2、多个电热器3和多个温度控制器4 ;在与导热板I的工作面距离2mm的层面上，中心设有一个温度传感器，四周均匀分布设有多个温度传感器；在距离该层面4mm的层面上，在每个温度传感器的部位上设有；每个温度传感器和电热器与各自的温度控制器电连接；所述温度传感器2、电热器3和温度控制器4数目相等。
[0015]所述导热板I采用紫铜。[0016]所述导热板I的工作面为正方形，四个温度传感器和电热器位于四个角，一个温度传感器和电热器位于中心。
[0017]有益效果
[0018]本发明提出的一种加热条件下的激光冲击强化方法及恒温器，与常规激光冲击强化相比:
[0019]1、较高的处理温度会导致塑性变形的增大，导致了晶粒更加细密和残余应力水平提闻;[0020]2、产生较高的位错密度和溶质原子对位错的扎钉作用，并且应变诱导沉降下产生沉积碳化物，由位错障碍物和沉积物产生的扎钉作用将在塑性变形时阻碍位错的滑移，从而提高了位错在热退火时和周期载荷加载时的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1:加热激光冲击强化装置示意图
[0022]1、导热板，2、五个温度传感器，3、五个电热器，4、五个温度控制器，5、石英玻璃，6、
塑料薄膜，7、金属工件，8、激光束。
【具体实施方式】
[0023]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0024]本实施例中恒温器I采用紫铜制作，在其四个角和中心的表面下2mm处安装五个温度传感器2，每个温度传感器2下4_处安装电热器3，温度传感器2和电热器3连接在温度控制器4上。
[0025]约束层采用石英玻璃5，在表面用不干胶贴上0.1mm厚的透明塑料薄膜6，防止约束层材料在强化过程中破裂飞溅。
[0026]本实施例中所处理的金属工件材料为4140钢，处理方法包括以下步骤:
[0027]步骤1:用无水乙醇清洗金属工件7表面脏污；
[0028]步骤2:将金属工件7放入保温箱中加热，温度加热至接近300° C。
[0029]步骤3:将恒温器的每个温度控制器4温度调至300° C、浮动范围10° C，待温度稳定后将金属工件7放置在恒温器I上，将约束层放置在金属工件7上并压紧。
[0030]步骤4:将恒温器1、金属工件7和约束层整体夹装在机械手上，采用光斑相切的搭接方式对其进行激光冲击强化处理。
[0031]步骤5:去除更换新约束层，半圆搭接进行激光冲击强化处理，直至光斑覆盖全部待强化区域。
[0032]经过上述方法对材料为4140钢的金属工件进行加热激光冲击强化处理，与相同激光参数的常规激光冲击强化处理进行了残余应力、疲劳性能、残余应力的热稳定性和周期稳定性对比。结果表明:在材料表面下50 μ m处，加热激光冲击强化残余压应力提高了40%以上；加热激光冲击强化(S-N)曲线右移，在1400MPa应力下，疲劳寿命提高3.6倍；在300° C的10小时退火后，加热激光冲击强化试样应力释放值是常规激光冲击强化试样的一半。在IK次周期加载后，常规激光冲击强化试样的残余压应力数值下降了 29%，而加热激光冲击强化试样的只下降了 19%。
【权利要求】
1.一种加热条件下的激光冲击强化方法，其特征在于步骤如下: 步骤1:采用无水乙醇清洗被加工金属工件的表面； 步骤2:加热金属工件至280~300° C ； 步骤3:将恒温器的温度调至280-300° C，将金属工件放置在恒温器上，将约束层石英玻璃放置在金属工件上并压紧； 步骤4:在石英玻璃表面粘贴0.1mm厚的透明塑料薄膜； 步骤5:将恒温器、金属工件和约束层整体夹装在成为整体，采用光斑相切的搭接方式对其进行激光冲击强化处理； 步骤6:更换新约束层，采用半圆搭接继续进行激光冲击强化处理，直至光斑覆盖全部待强化区域。
2.一种实现权利要求1所述加热条件下的激光冲击强化方法的恒温器，其特征在于包括导热板(I)、多个温度传感器(2)、多个电热器(3)和多个温度控制器(4);在与导热板(I)的工作面距离2mm的层面上，中心设有一个温度传感器，四周均匀分布设有多个温度传感器；在距离该层面4mm的层面上，在每个温度传感器的部位上设有；每个温度传感器和电热器与各自的温度控制器电连接；所述温度传感器(2 )、电热器(3 )和温度控制器(4 )数目相坐寸ο
3.根据权利要求2所述的恒温器，其特征在于:所述导热板(I)采用紫铜。
4.根据权利要求2所述的恒温器，其特征在于:所述导热板(I)的工作面为正方形，四个温度传感器和电热器位于四个角，一个温度传感器和电热器位于中心。
【文档编号】C21D11/00GK103834769SQ201210492107
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年11月27日
【发明者】汪诚, 安志斌, 孙冬, 赖志林 申请人:中国人民解放军空军工程大学