[发明专利]高温喷丸的试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料加工处理技术领域的装置，尤其是一种对镁合金试样进行表面形变强化处理的高温喷丸机，具体涉及高温喷丸的试验装置及方法。

背景技术

疲劳断裂一直是机械零件和工程构件破坏的最主要的形式。在航空航天、造船、化工机械、交通运输、工程机械等领域中，约有50～90％以上的结构强度破坏是由疲劳破坏造成的。镁合金作为一种发展潜力很大的金属材料，疲劳性能的改善有利于扩大其应用领域。众所周知，喷丸处理是常用的提高金属材料疲劳强度和疲劳寿命的方法，近年来，一些科技工作者尝试使用喷丸强化方法来提高镁合金的疲劳性能，取得了一些研究成果，但也面临不少困难。这主要与镁合金的晶体结构有关，多数镁合金具有密排六方晶体结构，低于498K时，多晶镁的塑性仅限于基面{0001}滑移和孪生，镁合金变形时由于只有三个几何滑移系和两个独立滑移系，冷塑性变形困难，且基体硬度低，表面难以承受剧烈塑性变形，虽低强度喷丸可较大幅度地提高疲劳性能，但较高强度喷丸会引发表面缺陷和产生微裂纹，故目前已报道的镁合金喷丸强化表面效果还不理想。而高于498K时，镁合金的附加滑移面和启动，有利于变形，塑性得以改善，易于成形加工。因此，若高温条件下对镁合金进行喷丸强化处理，即高温喷丸，可更有效地提高其疲劳性能。

经对现有技术的文献检索发现，R.Menig在《Materials science and engineering A》上发表的“Optimized warm peening of the quenched and tempered steel AISI 4140”(2002年，335期198-206页)提到一种高温喷丸装置，该装置采用炉膛和高温气混合加热模式，最高温度为290度。但该装置无法使试样得到均匀喷丸的旋转装置，装夹卸载试样不方便，也没有用于测量试样在喷丸过程中温度的装置，且该装置结构复杂，体积大。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供一种能够对合金轴类试样在旋转状态下进行高温喷丸的喷丸机，提高试样表面喷丸的均匀性。根据本发明所提供的装置结构简单，能方便地装夹卸载合金轴类试样，可在合金轴类试样高温喷丸的同时测量温度，从而使合金轴类试样得到最佳喷丸效果。

根据本发明的一个方面，提供一种高温喷丸的试验装置，包括空气压缩系统、高压空气加热枪、喷枪、储料罐、试样转动机构、试样夹持工具、试样温度测量系统，其中，空气压缩系统、高压空气加热枪、喷枪依次连接，喷枪置于高压空气加热枪下方，喷枪侧面与储料罐相连，喷枪喷嘴下方对准试样夹持工具所夹持试样，试样夹持工具固定在试样转动机构上，试样温度测量系统连接试样夹持工具，试样温度测量系统用于在任意时刻测试试样的温度。

优选地，所述空气压缩系统包括空气压缩机、输送气管、循环水冷器，空气压缩机通过输送气管连接在循环水冷器上，循环水冷器与空气加热枪相连。

优选地，所述高压空气加热枪用于将高压气体的温度加热到约1000摄氏度，形成高温高压气体。

优选地，所述高压空气加热枪，包括枪体、电加热元件和热电偶，其中枪体由不锈钢制成，枪体外面使用保温材料以保温，电加热元件排列在枪体中，用于测量出气口的温度的热电偶置于枪体前端。

优选地，所述喷枪由为不锈钢材料制成，喷枪外侧设有用于防止温度散失的保温套。

优选地，所述储料罐为开口的圆柱形状，材料为不锈钢，周围用电阻加热圈加热，在500摄氏度范围内能进行温度控制，储料罐通过输料管连接喷枪，储料罐下方的输料管上安装有排料阀，排料阀用于根据喷丸强度大小调节排砂量。

优选地，所述试样转动机构，包括转动电机、调频器、平台、转动轴，转动电机连接调频器后固定在平台上，转动电机与转动轴相连，转动电机用于带动试样匀速旋转。

优选地，所述试样夹持工具包括平头定位螺钉、试样夹具、套管夹头，安装于试样夹具上的平头定位螺钉用于固定试样，试样夹具通过平头定位螺钉固定在套管夹头上，套管夹头由尖头定位螺钉固定在试样转动机构的转动轴的定位连接柱上。

优选地，所述试样温度测量系统包括测温探头、传感线与测温仪，测温探头的一端深入到试样夹持工具所夹持试样当中，测温探头另一端通过传感线连接测温仪。