一种TiAl合金激光冲击强化方法与流程

本发明属于金属表面加工领域，具体涉及一种tial合金激光冲击强化方法。

背景技术：

1、随着航空技术的发展，航空发动机的工作温度越来越高，而对发动机轻量化设计的要求则越来越高，常规高温合金材料越来越难以满足日益严苛的发动机设计要求。tial合金具有轻质高强、高温性能好、不易氧化及耐腐蚀的优势，因此越来越多的应用于航空发动机的制造。然而，tial合金以ti、al间金属化合物为主要成分，脆性高易开裂，在经过机械加工后表面易萌生裂纹，导致实际使用中的耐久寿命及力学性能不及预期。而tial合金的脆性和开裂倾向导致其难以通过引入表面残余压应力的方式改善其耐久寿命和力学性能。因此，提供一种能够改善tial合金表面残余应力分布同时避免引起开裂的表面强化方法具有很高的实用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种tial合金激光冲击强化方法，在改善tial合金表面残余应力分布的同时避免产生裂纹。

2、根据本发明的实施例，提供一种tial合金激光冲击强化方法，用于强化tial合金制件，该方法以以0.2-1.0j/mm2的能量密度对所述tial合金制件表面施加15±2ns的激光脉冲，以在所述tial合金制件表面形成具有残余压应力的强化层。由于tial合金脆性强开裂倾向显著，需要对激光冲击的输入能量进行精确控制，避免tial合金表面因能量输入过高发生烧蚀或开裂。0.2-1.0j/mm2的能量密度能够在充分引入表面残余压应力的同时避免裂纹萌生。

3、进一步地，单个所述激光脉冲能量为6-16j。单个激光脉冲能量过低不足以产生冲击强化效果，能量过高则容易发生烧蚀。

4、进一步地，激光光斑配置为有效直径3-5mm的圆形光斑或边长3-5mm的正方形光斑。

5、进一步地，激光光斑搭接率为10％-30％。相邻两次激光脉冲的激光光斑重叠面积越大，tial合金表面整体粗糙度越低，重叠面积过小会导致表面粗糙形成潜在的裂纹源，重叠面积过大则容易导致局部能量输入过高发生烧蚀或开裂。

6、进一步地，在进行加工前，在所述tial合金制件表面设置1-3mm厚的水流约束层。水流约束层过薄时，tial合金表面的气体快速散逸无法形成冲击强化效果，水层过厚则会导致激光能量损耗过多影响强化效果。

7、进一步地，所述tial合金制件采用tial-4522xd合金制造。tial-4522xd合金为以ti、al两相金属间化合物为主要成分的tial合金，具有良好的高温力学性能和耐久寿命。

8、进一步地，经过激光冲击强化后所述tial合金制件表面的所述强化层厚度不少于200μm。经过激光冲击加工后，形成200μm的残余应力层能够有效提高tial合金制件的力学性能。

9、进一步地，所述强化层中存在平均值不小于600mpa的残余压应力。平均值在600mpa以上的残余压应力分布能够有效抑制tial合金直接表面裂纹的萌生与扩展。

10、进一步地，经过激光冲击强化后所述tial合金制件表面显微硬度提高至少50％。借助显微硬度分析能够辅助表征tial合金制件的力学性能，在实际生产中显微硬度测量较x射线衍射检测更为方便快捷。

技术特征：

1.一种tial合金激光冲击强化方法，用于强化tial合金制件，其特征在于，以0.2-1.0j/mm2的能量密度对所述tial合金制件表面施加15±2ns的激光脉冲，以在所述tial合金制件表面形成具有残余压应力的强化层。

2.根据权利要求1所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，单个所述激光脉冲能量为6-16j。

3.根据权利要求1或2所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，激光光斑配置为有效直径3-5mm的圆形光斑或边长3-5mm的正方形光斑。

4.根据权利要求1或2所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，激光光斑搭接率为10％-30％。

5.根据权利要求1或2所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，在进行加工前，在所述tial合金制件表面设置1-3mm厚的水流约束层。

6.根据权利要求1或2所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，所述tial合金制件采用tial-4522xd合金制造。

7.根据权利要求1或2所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，经过激光冲击强化后所述强化层厚度不少于200μm。

8.根据权利要求7所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，所述强化层中存在平均值不小于600mpa的残余压应力。

9.根据权利要求1或2所述的tial合金激光冲击强化方法，其特征在于，经过激光冲击强化后所述tial合金制件表面显微硬度提高至少50％。

技术总结一种TiAl合金激光冲击强化方法，用于强化TiAl合金制件，该方法以0.2‑1.0J/mm<supgt;2</supgt;的能量密度对TiAl合金制件表面施加15±2ns的激光脉冲，以在所述TiAl合金制件表面形成具有残余压应力的强化层。该方法能够在避免TiAl合金发生烧蚀或开裂的情况下在TiAl合金表面引入残余压应力，达到抑制裂纹萌生提高TiAl合金制件力学性能和使用寿命的效果。技术研发人员：杨超,芦晨,李继保,王璇,杨金发受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13