[发明专利]一种基于梯度晶粒的激光冲击强化方法

说明书

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种测量晶粒尺寸对激光冲击波强化的响应方法。先将制备好的金属合金试样进行高温退火处理，再沿试样上表面的中心线进行切割，获得所需沿厚度方向具有梯度晶粒的退火试样。接着对具有梯度晶粒的截面进行激光冲击强化，分别测量多次激光冲击后试样的晶粒尺寸。本方法可以得到具有梯度晶粒的试样，并直观地显示出梯度晶粒经过多次激光冲击后的晶粒尺寸及变化过程，关键是根据不同尺寸晶粒对激光冲击波的响应情况，提高激光冲击强化的作用效果，从而增强对试样的处理效果。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种基于梯度晶粒的激光冲击强化方法。

背景技术

激光冲击强化(laser shock peening/processing,LSP)是一种新型的表面强化技术，主要是采用短脉冲(几十纳秒)、高峰值功率密度(>10⁹W/cm²)的激光辐照在金属表面，激光束通过约束层之后被吸收层吸收，吸收层从而获得能量形成爆炸性气化蒸发，产生高温高压的等离子体，由于外层约束层的约束，等离子体形成高压冲击波从而向材料内部传播，利用冲击波的力效应在材料表层发生塑性变形，使得表层材料微观组织发生变化，同时在冲击区域产生残余压应力，提高材料的强度、硬度、耐磨性和耐应力腐蚀性能，尤其能有效改善材料的抗疲劳断裂性能。

退火处理与激光冲击强化处理都会显著使材料微观组织发生变化。研究表明，高温退火处理可以改变合金晶粒尺寸，温度与保温时间不同，所得到的晶粒尺寸也不同。在热处理条件下，得到沿厚度方向具有梯度晶粒的试样，再对试样进行多次激光冲击强化。但不同尺寸的晶粒可能对激光冲击波的响应也不同，故无法得知梯度晶粒经过激光冲击后的具体响应情况，而对激光冲击波的响应情况不同，激光冲击强化作用对试样的处理效果也不同。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于梯度晶粒的激光冲击强化方法。本方法主要是先将制备好的金属合金试样进行高温退火处理，再沿试样上表面的中心线进行切割，获得所需沿厚度方向具有梯度晶粒的退火试样；接着对具有梯度晶粒的截面进行激光冲击强化，分别测量多次激光冲击后试样的晶粒尺寸，主要是根据不同尺寸晶粒对激光冲击波响应情况，提高激光冲击强化的作用效果，从而增强对试样的处理效果。

其具体实步骤如下：

(1)制备N个需要进行退火的试样，并对试样进行1～N标号，且其中N≥2。

(2)将标号试样一起放入坩埚中，置于电阻炉中进行退火处理，退火温度为A，保温时间为B，处理完后随炉冷却，其中退火温度450℃≤A≤650℃，保温时间1.5h≤B≤2h。

(3)全部退火试样沿试样上表面的中心线进行切割，从而得到两个切割面上沿外表面到中心晶粒尺寸逐渐变小的试样，作为冲击试样。

(4)选取1号退火试样的其中一个作为基体试样，并采用平均线性插值法ASTME112-96(2004)测量切割面上梯度晶粒的尺寸。

(5)选取2号退火试样的其中一个对切割面上规格为C的中间矩形区域进行一次激光冲击，其中规格C为20×15mm的中间矩形区域，并采用平均线性插值法ASTM E112-96(2004)测量经过一次激光冲击后中间区域梯度晶粒的尺寸，激光冲击强化参数如下：光斑直径为3mm，脉宽为8-30ns，脉冲能量3-15J，横向和纵向搭接率均为50％。

(6)重复步骤(5)，选取N号退火试样对切割面上规格为C的中间矩形区域进行1次激光冲击，其中规格C为20×15mm的中间矩形区域，并采用平均线性插值法ASTM E112-96(2004)测量经过1次激光冲击后中间区域梯度晶粒的尺寸，激光冲击强化参数如下：光斑直径为3mm，脉宽为8-30ns，脉冲能量3-15J，横向和纵向搭接率均为50％。

(7)观察并对比退火、多次激光冲击后的晶粒尺寸及变化过程，得出不同尺寸晶粒对激光冲击波的响应情况。