一种具有优异综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有优异综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，属于金属材料疲劳性能强化技术领域。具体是通过施加表面塑性加工，在金属材料表面引入一种梯度纳米结构，其微观组织为最表层的纳米晶结构、亚表层的超细晶/变形孪晶结构和芯部原始粗晶结构。其中，梯度纳米结构层整体厚度大于50微米，介于50和300微米之间。与相同成分的均匀粗晶结构相比，具有表层梯度纳米结构的纯Cu样品的应力控制高周疲劳极限提高2倍，高周疲劳寿命提高15倍以上；并且应变控制低周疲劳寿命较普通粗晶样品提高1倍。本发明专利技术获得的表层梯度纳米结构金属材料同时改善金属材料的高周和低周疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有优异综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构
本专利技术涉及金属材料疲劳性能强化
，具体涉及一种具有优异综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构。
技术介绍
实际应用中金属工程构件大多在交变载荷(应力幅远小于材料屈服强度)下服役，即处于高周疲劳阶段(疲劳寿命高于104周次)，而工程构件局部如孔或缺口位置或者截面形状不断变化的轴类和连杆类零件由于应力/应变集中却处于低周疲劳阶段(疲劳寿命小于104周次)。统计表明，约90％失效破坏事故由疲劳失效占所有，造成巨大社会经济损失和大量人身伤亡。因此同时具有优异高周与低周疲劳性能对保证工程构件的安全服役至关重要。研究表明，金属材料的应力控制高周疲劳性能(如疲劳极限)主要取决于其强度：强度提高，疲劳裂纹萌生阻力增加，疲劳极限提高。应变控制低周疲劳性能(如疲劳寿命)主要与材料塑性相关。塑性越好，可累计更大塑性变形，且降低疲劳裂纹扩展速率，有利于低周疲劳寿命提高。但是金属材料的强度和塑性往往具有明显“倒置”关系，高强度和良好塑性很难同时兼得。例如，目前工程金属材料多为粗晶结构，塑性好，但强度低，具有优异的低周疲劳寿命，但高周疲劳性能较差。由于近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：对金属材料进行表面机械处理，使其表层粗晶产生塑性变形并形成梯度纳米结构：所形成的梯度纳米结构使金属材料的高周和低周疲劳性同步提高，梯度纳米结构的厚度大于50微米。

【技术特征摘要】
1.一种具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：对金属材料进行表面机械处理，使其表层粗晶产生塑性变形并形成梯度纳米结构：所形成的梯度纳米结构使金属材料的高周和低周疲劳性同步提高，梯度纳米结构的厚度大于50微米。2.根据权利要求1所述的具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：所述金属材料经表面机械处理后，表面为纳米晶，芯部为原始粗晶，表面与芯部之间的过渡区域为变形结构，金属材料晶粒尺寸由最表面的纳米尺度梯度过渡为芯部微米尺度。3.根据权利要求1所述的具有综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：在垂直于金属材料表面方向上，该梯度纳米结构的显微硬度由外至内呈现出由高到低的连续梯度变化。4.根据权利要求1所述的具有综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：所述梯度纳米结构的厚度为50微米-300微米。5.根据权利要求1所述的具有综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：所述金属材料为铜或304不锈钢。6.根据权利要求5所述的优异综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：采用表面机械处理系统对金属材料进行表面塑性变形，所述表面机械处理系统包括处理刀具和冷却系统，刀具的刀头部分为硬质合金球；...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢磊，龙建周，潘庆松，陶乃镕，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21