[发明专利]一种提升钛合金表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法

说明书

本发明属于激光加工领域，涉及一种提升钛合金表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。本发明采用的激光能量参数为3‑8J，吸收保护层为黑胶带、黑漆或铝箔。本发明针对在采用脉冲激光能量对钛合金材料表面进行激光冲击强化处理后，使钛合金表面形成了压应力层，提高了疲劳性能。当使用黑胶带做吸收层时可以进行微抛处理以及反复更换胶带，以达到在强化材料力学性能的同时对其表面状态损伤最小化。

技术领域

本发明属于激光加工领域，涉及一种提升钛合金表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。

背景技术

钛合金是具有耐腐蚀，比强度高等优点，当下主要应用在制造航空发动机与飞机机体。并且由于航空技术的不断发展，飞机的发动机其性能要求越来越越高。但是在实际的工作运用当中外物打伤成为了发动机的一大致命损伤。在飞机工作当中，发动机叶片会被高速气流带来的沙石损伤叶片表面，从而使凹陷及微裂纹产生，这些凹陷及微裂纹会降低叶片的疲劳寿命。运用激光冲击强化技术对材料表面进行冲击强化，能够在材料表面产生残余压应力层，这层压应力层能够有效的抑制裂纹的产生，从而提高材料的疲劳寿命。

激光冲击强化技术本质上是一种表面改性技术，能够通过激光能量对材料表面进行冲击，当激光能量束通过水约束层，冲击到吸收层时，高能、高约束的能量会把吸收层瞬间气化，产生大量的高能粒子作用到材料的表面。这些高能粒子对材料表面产生冲击，进而在其表面产生冲击压力波，形成残余压应力，对材料进行表面的改性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种提升钛合金表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，提高激光冲击强化后材料表面光洁度、表面压应力层深度、旋转弯曲疲劳极限以及表面的硬度。

为解决上述技术问题，本发明具体提供以下述技术方案。

一种提升钛合金表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，包括以下步骤：

步骤一、对钛合金材料进行双重退火热处理，并对热处理后的材料表面进行光洁处理；

步骤二、激光冲击强化前对材料表面进行清洁处理；

步骤三、在清洁后的光洁表面涂覆吸收层；

步骤四、将涂覆好吸收层材料的试件装夹在机械手上，遥控其机械手使试件进入激光器冲击路径初始位置；

步骤五、打开激光器，使激光器光斑定位在冲击路径初始位置；

步骤六、打开水路机器人，调整出水口位置使其喷出的水恰好能够在材料表面形成均匀约束层；

步骤七、进入操控端激光冲击强化程序，确定各部机器人链接通畅，导入仿真路径，进行激光冲击强化；

步骤八：对冲击强化后的试件进行微抛处理。

进一步地，所述步骤一中对钛合金材料进行双重退火处理为运用真空炉加热到900-980℃，保温1-2h，然后运用氩气使其快速降温到500-600℃，保温2-6h，气冷至室温取出试件。

进一步地，所述步骤三中涂覆的吸收层可为黑胶带、铝箔或者黑漆中任意一种，其厚度为0.08-0.15mm。涂覆吸收层时应注意表面产生空隙气泡，且铝箔和黑漆可以组合使用，保证其厚度在0.08-0.15mm之间。

进一步地，所述步骤四中在装夹试件时，冲击区域的中心位置要与法兰盘中心位置对其；遥控机械手到激光冲击路径初始位置时，要使试件冲击表面距离光路出口1m距离，以保证光斑大小的准确性。

进一步地，所述步骤五中应该分级打开激光器关闸，激光器能量可选用3-8J脉宽可为15-21ns。