[發(fā)明專利]一種磁致塑性和激光沖擊復合的強化裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010626735.0
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111961836B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 姜銀方;王思理;姜文帆;朱福文;董正乾
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種電磁鐵輔助激光沖擊復合的強化裝置及方法，涉及激光和磁場加工領域，包括激光發(fā)生設備和電磁鐵；待加工工件設置在工作臺上，兩塊所述電磁鐵分別設置在待加工工件的上方和下方，且待加工工件置于電磁鐵形成弧形磁場內(nèi)；所述激光發(fā)生設備和電磁鐵同時工作用來對待加工工件復合加工。該方法對工件施以特定的弧形磁場，利用強磁場的磁致塑性效應，降低金屬工件表層的塑性變形抗力，減弱工件表層在激光沖擊過程中的加工硬化，從而配合激光沖擊，以提高激光沖擊的影響深度，特別是使殘余壓應力的深度更大，壓應力分布更適應如小孔結構等構件的立體強化的要求，適應更厚工件和更高強度材料的強化。

技術領域

本發(fā)明屬于材料表面強化處理領域，特別涉及到一種磁致塑性和激光沖擊復合的強化裝置及方法。

背景技術

在目前的機械行業(yè)中，特別是航空航天、工程機械、海洋工程和船舶制造等領域，這些領域?qū)Ψ蹤C械零部件的可靠性提出越來越高的要求，這就要求機械零部件具有高的表面硬度、高耐磨性、高抗疲勞性、高表面光潔度和良好的耐蝕性等綜合性能，這是當下我國機械制造行業(yè)所面臨的主要問題。

磁致塑性加工是新型的加工及技術，是在普通的金屬變形加工過程中施加高強度磁場對所加工的材料進行磁場刺激(磁致塑性加工)，或者在加工前后對金屬進行處理(磁致塑性處理)，以獲得良好加工性能及綜合的機械性能。但是該效應并不能強化金屬材料，而只能起輔助強化作用，以降低材料的屈服強度，從而加深激光沖擊強化的深度。

單一的激光沖擊也存在許多的問題，比如強化過后應力場分布不均勻，應力不能滲入到材料深層等等，存在這些問題的金屬強化技術，在很多高要求的場合并不能適用。這就需要將多種技術相結合，來達到金屬表面更好的強化效果。

發(fā)明專利CN104004901A中公開一種以磁場作為約束層的激光沖擊強化裝置和方法，是通過圓柱形放電管通電產(chǎn)生與試樣表面垂直方向的磁場，這些磁場會對激光沖擊過程中產(chǎn)生的高溫高壓等離子體進行壓縮，使得等離子體體積收縮，從而增強激光沖擊力的效果，此方法外加變化高強度磁場輔助激光沖擊強化，通過對激光沖擊過程中產(chǎn)生的高溫高壓等離子體進行壓縮。這種方法沒有提及磁場對工件材料的直接影響。

發(fā)明專利CN106148672A中提出了一種外加變化磁場輔助激光強化沖擊強化方法。本方法主要通過改變電流大小，獲得不同的磁場強度，并在相應的磁場強度的輔助作用下，利用激光器對試樣進行沖擊強化處理。此專利沒有明確外加變化磁場作用于等離子體還是作用于工件材料，然而不管作用于等離子體還是作用于材料，都不會有明顯的效果，或者無效。因為外加磁場過小，產(chǎn)生的增益效果偏小，且由于施加的磁場為毫特斯拉級，對材料的變形以及力學性能影響較小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種磁致塑性和激光沖擊復合的強化裝置及方法，本發(fā)明通過施加磁場強度為1.0T～4.0T雙側弧形磁場，通過施加高強度磁場改變材料的變形能力和提高可塑性，且采用磁致塑性和激光沖擊相結合，以提高激光沖擊的影響深度，特別是是殘余壓應力更大，壓應力分布更適合如小孔結構等構件的立體強化的要求，從而適用于更厚工件和更高強度材料的強化。

一種磁致塑性和激光沖擊復合的強化裝置，包括激光發(fā)生設備和電磁鐵；待加工工件設置在工作臺上，兩塊所述電磁鐵分別設置在待加工工件的上方和下方，且待加工工件置于電磁鐵形成弧形磁場內(nèi)；所述激光發(fā)生設備和電磁鐵同時工作用來對待加工工件復合加工。

進一步的，所述電磁鐵施加在待加工工件上的磁場強度為1.0T～4.0T。

進一步的，所述電磁鐵為中空結構，中空結構內(nèi)設置有聚磁鐵芯。

進一步的，待加工工件為小孔試樣時，可在小孔內(nèi)裝入防變形芯棒。

進一步的，所述待加工工件下表面與電磁鐵之間設置有硬質(zhì)木板。

進一步的，待加工工件上方涂覆吸收層，吸收層上方設置有水約束層。