改善表面机械强化效果的方法技术

本发明专利技术涉及金属强化技术领域，具体而言，涉及一种改善表面机械强化效果的方法。该方法为实施表面机械强化处理之前，在被处理金属材料的表面预加工一定的表面结构。本发明专利技术提供的改善表面机械强化效果的方法，在进行表面机械强化处理之前先加工一定的表面结构，使得采用表面机械强化处理可在被处理表面产生更大和更深的残余压应力层；使得采用表面机械强化处理可在被处理表面产生具有预设方向性的残余压应力；增大最表面的残余压应力值，从而进一步加强机械表面强化的效果；使被处理表层更易产生剧烈塑性变形和晶粒细化，方便制备超细晶或纳米晶表层材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属强化
，具体而言，涉及一种改善表面机械强化效果的方法。
技术介绍
普通的表面机械强化技术，如喷丸强化、滚压强化、冷挤压强化、激光冲击强化和超声冲击强化等在工程实际中有广泛的应用。这些方法以表面塑性变形的方式在金属材料表层引入残余压应力，同时使材料表层产生晶粒细化、加工硬化，并改变表层材料的晶体学织构，通过这些作用达到提高零件抗疲劳断裂性能、抗应力腐蚀性能和耐磨性的目的。在进行表面机械强化处理之前，要求被处理表面有尽可能低的粗糙度，一般应不大于Ra 3.2，多数情况下会要求表面粗糙度不大于Ra 1.6，甚至Ra 0.6。以上表面机械强化技术有如下一些共同的特点：一、受赫兹接触变形的限制，所能产生的强化层的深度较小，如高强钢的喷丸强化一般最大压应力深度约为0.3mm。二、最大残余压应力一般并不处于最表面，而是在一定深度的次表面，但疲劳裂纹往往产生于材料表面。三、普通机械表面强化所产生的残余应力在与表面平行的平面内是各向同性的，但实际零件和结构的工作应力一般具有方向性。四、由于赫兹接触的三向压应力效应，使得基于剧烈塑性变形机制的晶粒细化困难。以上特点使普通表面机械强化技术所能达到的强化效果受到限制，不能充分发挥被处理材料的潜能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改善表面机械强化效果的方法，以解决现有技术中存在的技术问题。在本专利技术的实施例中提供了一种改善表面机械强化效果的方法，该方法为实施表面机械强化处理之前，在被处理金属材料的表面预加工一定的表面结构。进一步的，所述表面结构为具有一定方向性和排列方式的凹凸纹理和图案，或各向同性、随机分布的凹凸纹理和图案。进一步的，所述凹凸纹理和图案为具有峰谷高度差和波长的波形。进一步的，所述波形的峰谷高度差为1～80微米。进一步的，所述波形的波长为3～500微米。进一步的，所述波形为正弦或余弦波、锯齿波、倒梯形波、正梯形波、双梯形波、倒弧型波和/或正弧型波。进一步的，具有一定方向性和排列方式的所述凹凸纹理和图案为是平行直波纹或平行曲波纹。进一步的，随机分布的所述凹凸纹理和图案为表面微凸体或表面微刻痕。进一步的，后续的表面机械强化处理的方式为喷丸强化、滚压强化、超声冲击强化、冷挤压强化和/或激光冲击强化。进一步的，所述表面结构的加工方式为机加工、喷砂处理、电动钢丝刷、激光加工和/或超声加工。本专利技术提供的改善表面机械强化效果的方法，在进行表面机械强化处理之前先加工一定的表面结构，使得采用表面机械强化处理可在被处理表
面产生更大和更深的残余压应力层；使得采用表面机械强化处理可在被处理表面产生具有预设方向性的残余压应力；增大最表面的残余压应力值，从而进一步加强机械表面强化的效果；使被处理表层更易产生剧烈塑性变形和晶粒细化，方便制备超细晶或纳米晶表层材料。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的平行直波纹表面结构示意图；图2为本专利技术的平行曲波纹表面结构示意图；图3为本专利技术的表面微凸体表面结构示意图；图4为本专利技术的表面微刻痕表面结构意图；图5为表面结构与表面机械强化工具头或丸粒接触碰撞和产生塑性变形的示意图；图6为残余应力分布曲线示意图；图7为表面结构的截面波形曲线示意图。附图标记：其中，1：被处理零件或结构；2：表面结构；3：波形曲线；4：波峰；5：波谷；6：表面结构横向；7：表面结构纵向；8：表面机械强化工具头或丸粒；9：塑性变形；10：预加工表面结构的材料表层在经表面机械强化处理后产生的残余压应力曲线；11：未加工表面结构的材料表层在经表面机械强化处理后产生的残余压应力曲线；12：残余压应力表面值；13：残余压应力最大值；14：峰谷深度差；15：波长；16：波形前倾角；17：波
形后倾角；18：正弦/余弦波；19：锯齿波；20：倒梯形波；21：正梯形波；22：双梯形波；23：倒弧型波；24：正弧型波。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术的技术方案是在实施表面机械强化处理之前，在被处理金属材料的表面预加工具有一定方向性和排列方式或各向同性，随机分布的表面结构2，在随后的表面机械强化中这些预加工的表面结构将减轻赫兹接触三向压应力，增加剪应力和剪应变，使被处理表层材料更易产生塑性变形，从而产生更大的残余压应力，使最大残余压应力更靠近表面，更容易因剧
烈塑性变形产生超细晶或纳米晶。上述表面结构2是具有一定方向性和排列方式的凹凸纹理和图案，或各向同性，随机分布的凹凸纹理和图案。上述表面结构2有四种实现形式。其中，第一种为平行直波纹表面结构，如图1所示。第二种为平行曲波纹表面结构，如图2所示。第三种为表面微凸体表面结构，如图3所示。第四种为表面微刻痕表面结构，如图4所示。上述凹凸纹理和图案为具有峰谷深度差14和波长15的波形。峰谷高度差在1～80微米之间，波长在3～500微米之间。这种波形可以是正弦/余弦波18、锯齿波19、倒梯形波20、正梯形波21、双梯形波22、倒弧型波23和正弧型波24，但不限于上述波形。上述表面微凸体表面结构和表面微刻痕表面结构的凹凸纹理和图案在材料表面上呈各向同性排列和随机分布。上述平行直波纹和平行曲波纹的表面结构2会使表面机械强化所产生的塑性变形具有与表面结构2相关的方向性，从而使表面残余压应力具有预设的方向性。在表面结构纵向7产生的残余压应力大于在表面结构横向6所产生的残余压应力。上述表面结构2具有一定的波形曲线3。波形曲线3可具有图7所示的波形，如正弦/余弦波18、锯齿波19、倒梯形波20、正梯形波21、双梯形波22、倒弧型波23和正弧型波24，但不限于上述波形曲线。上述波形曲线的波峰4与波谷5之间的峰谷深度差14在1～80微米之间，上述波形曲线的波长15在3～500微米之间。上述表面结构2可采用机加工、激光加工、超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善表面机械强化效果的方法，其特征在于，实施表面机械强化处理之前，在被处理金属材料的表面预加工一定的表面结构。

【技术特征摘要】
1.一种改善表面机械强化效果的方法，其特征在于，实施表面机械强化处理之前，在被处理金属材料的表面预加工一定的表面结构。2.根据权利要求1所述的改善表面机械强化效果的方法，其特征在于，所述表面结构为具有一定方向性和排列方式的凹凸纹理和图案，或各向同性、随机分布的凹凸纹理和图案。3.根据权利要求2所述的改善表面机械强化效果的方法，其特征在于，所述凹凸纹理和图案为具有峰谷高度差和波长的波形。4.根据权利要求3所述的改善表面机械强化效果的方法，其特征在于，所述波形的峰谷高度差为1～80微米。5.根据权利要求3所述的改善表面机械强化效果的方法，其特征在于，所述波形的波长为3～500微米。6.根据权利要求3所述的改善表面机械强化效果的方法，其特征在于，所述波形为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱有利，王燕礼，蔡佳昆，侯帅，许艺，何嘉武，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京;11