专利名称：高温喷丸的试验装置及方法
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} < 1120 >滑移和丨10丨2丨< 1011 >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 andengineering A》上发表的 “Optimized warm peening of the quenched and temperedsteel 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、闻压空气加热枪、喷枪依次连接，喷枪置于闻压空气加热枪下方，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。根据本发明的另一个方面，还提供一种高温喷丸的试验方法，预先加热储料罐，使喷丸介质达到所需温度，再用空气压缩机将空气加压到I. 5兆帕后，经输送气管进入高压空气加热枪加热为1000摄氏度的高温高压气体后，经过喷枪喷射在试样上，同时利用调频器控制试样转动机构使试样按一定转速转动，待试样上升到预定温度，打开储料罐下的排料阀，利用高温高压空气在喷枪内高速流动形成负压产生的引射作用，喷出喷丸介质撞击到试样上，保证均匀受热和均匀喷丸。本发明工作时，预先加热储料罐，使喷丸介质达到所需温度，再将空气加压到I. 5兆帕以上，经输送管道进入高压空气加热枪，成为高温高压气体后，经过喷枪喷射在轴类试样上，同时，打开旋转开关使转动轴转动，待试样上升到预定温度，打开储料罐下的排料阀，利用高温高压空气在喷枪内高速流动形成负压产生的引射作用，喷出高温丸体射出撞击到镁合金标准轴类试样上。保证均匀受热和均匀喷丸。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明采用高温高压气体进行喷丸，最高喷丸温度达400摄氏度，满足镁合金试样开动附加滑移面，有利于镁合金塑性的提高，提高变形能力，扩宽喷丸操作窗口。温度测量系统的设计可以在旋转的情况下测量试样的温度，提高了实验的精确度。储料箱位于喷枪上方，可以在很小的负压下喷丸，最低喷丸强度可达0. 05mmN。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显
图I是根据本发明提供的高温喷丸的试验装置的结构示意图；图2是根据本发明提供的高温喷丸的试验装置中的试样温度测试系统与试样夹持工具的结构示意图；图3是根据本发明提供的高温喷丸的试验装置中的高压空气加热枪的结构示意图。图中1 一试样，2 —平头定位螺钉，3 —试样夹具，4 一套管夹头，5 —测温探头，6 一小孔，7 —转动轴，8 —测温仪，9 一连接柱，10 —尖头夹紧螺钉，11 一高压空气加热枪，12 —电加热兀件，13 一枪体,14 一热电偶，15 —电阻加热圈，16 一转动电机，17 —平台，18 —调频器,19 一空气压缩机,20 一输送气管,21 一喷枪,22 一输料管,23 一试样转动机构,24 —试样夹持工具，25 —试样温度测量系统，26 —排料阀,27 —保温套，28 —循环水冷器，29 —储料罐，30 —传感线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图I和2所示的实施例，在本实施例中，所述高温喷丸的试验装置包括空气压缩机19、高压空气加热枪11、喷枪21、储料罐29、试样转动机构23、试样夹持工具24、试样温度测量系统25，空气压缩机19连接有空压阀门，再通过输送气管20连接至循环水冷器28，循环水冷器28与高压空气加热枪11进气口上端相通，高压空气加热枪11的出气口连接喷枪21，喷枪21侧部通过输料管22与储料罐29连通，储料罐29与输料管22的连接处设有排料阀26,喷枪21喷嘴下方对准试样I,试样I由试样夹具3夹持，试样夹具3通过套管夹头4固定在转动轴7上。温度测量系统25主要由测温探头5、传感线30与测温仪8构成，测温探头5固定于套管夹头4的轴心，测温探头5的一端深入到轴类试样I当中，与测温探头5的另一端连接的传感线30穿过小孔6与固定在转动轴7上的测温仪8连接。如图I所示，所述空气压缩系统，包括空气压缩机19、输送气管20和循环水冷器28，连接关系为空气压缩机19通过输送气管20连接在循环水冷器28上，循环水冷器28与空气加热枪11相连，输送气管20是耐压管，循环水冷器28防止耐压管烧焦。如图I和3所示，所述高压空气加热枪11，包括枪体13、电加热元件12和热电偶14，其中枪体13由不锈钢制成，外面使用保温材料以保温，电加热元件12排列在枪体11中，热电偶14置于枪体11前端，用于测量出气口的气体温度。如图I所示，所述喷枪21为不锈钢材料，喷枪21外侧设有保温套27，防止温度散失。如图I所示，所述储料罐29为开口的圆柱形状，材料为不锈钢，周围用电阻加热圈15加热，在500摄氏度范围内能进行温度控制，储料罐29下方的输料管22上安装有排料阀26，可根据喷丸强度大小调节排砂量。如图I所示,所述试样转动机构24,包括转动电机16、调频器18、平台17、转动轴7，转动电机16连接一个调频器18后固定在平台17上，并与转动轴7相连，用于带动试样匀速旋转。
如图2所示，所述试样夹持工具24，包括试样夹具3、套管夹头4、平头定位螺钉2、尖头夹紧螺钉10，其连接方式是，试样夹具3通过平头定位螺钉2固定在套管夹头4上，套管夹头4通过尖头夹紧螺钉10固定在转动轴7上。如图2所示，所述试样温度测量系统25，包括带孔合金轴类试样I、套管夹头4、测温仪8和测温探头5，其中测温探头5位于套管夹头4中心，测温探头5的一端深入到轴类试样I当中，另一端连接传感线30,传感线30通过一小孔6与测温仪8相连,可在任意时刻测试轴类试样I的温度。在本发明的一个具体实施方式
中，预先加热储料罐29，使喷丸介质达到所需温度，再用空气压缩机19将空气加压到I. 5兆帕后，经输送气管20进入高压空气加热枪11，高温高压气体的温度可加热到1000摄氏度，成为高温高压气体后，经过喷枪21喷射在合金轴类试样I上，同时打开调频器18使转动轴7按一定转速转动，待合金轴类试样I上升到预定温度，打开储料罐29下的排料阀26，利用高温高压空气在喷枪内高速流动形成负压产生的引射作用，喷出喷丸介质撞击到轴类合金试样I上，保证均匀受热和均匀喷丸。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种高温喷丸的试验装置，其特征在于，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，喷枪置于闻压空气加热枪下方，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。
2.根据权利要求I所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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。
3.根据权利要求I所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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。
5.根据权利要求I所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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。
6.根据权利要求I所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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。
7.根据权利要求I所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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勻速旋转。
8.根据权利要求I所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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。
9.根据权利要求I所述的高温喷丸的试验设备，其特征在于，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。
10.一种高温喷丸的试验方法，其特征在于，预先加热储料罐，使喷丸介质达到所需温度，再用空气压缩机将空气加压到I. 5兆帕后，经输送气管进入高压空气加热枪加热为1000摄氏度的高温高压气体后，经过喷枪喷射在试样上，同时利用调频器控制试样转动机构使试样按一定转速转动，待试样上升到预定温度，打开储料罐下的排料阀，利用高温高压空气在喷枪内高速流动形成负压产生的引射作用，喷出喷丸介质撞击到试样上，保证均匀受热和均匀喷丸。
全文摘要
本发明提供高温喷丸的试验设备，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。还提供相应的方法。本发明最高喷丸温度达400摄氏度，有利于镁合金塑性的提高，提高变形能力；在喷丸的情况下测量试样的温度，提高了实验的精确度；可以在很小的负压下喷丸，最低喷丸强度达0.05mmN。
文档编号G01N1/28GK102980790SQ20121050659
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者黄宇, 董杰, 刘文才, 丁文江 申请人:上海交通大学