超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法技术

本发明专利技术涉及一种超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法，属于金属表面处理技术领域。使用超声冲击进行金属表面处理，出现塑性变形层及表面过渡层，在超声冲击处理结束之后，使用砂纸对其表面进行均匀研磨，直至完全去掉表面塑性变形层，以去除一次超声冲击存在的微裂纹，旋即对金属表面进行二次超声冲击，冲击部位为一次超声冲击后的表面过渡层，进一步加强晶粒细化的作用，使晶粒细化层厚度加深，并强化残余压应力的效果。优点在于：通过超声冲击和表面去层复合处理，可以进一步加强超声冲击晶粒细化的效果，使表面塑性变形层厚度加深，并强化残余压应力的效果。操作简单，成本低，绿色节能。实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法


[0001]本专利技术涉及金属表面处理
，特别涉及一种超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法。利用超声冲击和去掉表面变形层后二次超声冲击对镁合金进行处理，从而提高其疲劳性能的方法。

技术介绍

[0002]镁合金是最轻的结构材料，具有比强度和比刚度高、切削性能好等优点，被广泛应用于航空航天，通讯等各个领域。部分高性能变形镁合金产品已经替代了传统的黑色金属承力运动零部件，如航空用机轮或轮毂、直升机螺旋桨、齿轮箱、发动机锻造活塞等。即使在静态许用应力的安全工作范围内，繁杂的服役环境与长期的交变载荷仍会导致承力结构件的疲劳损伤甚至断裂。
[0003]超声冲击是提高镁合金疲劳性能的一种常见方法，但是超声冲击冲击过的表面易于出现微裂纹，在实际使用中容易先于母材而发生断裂，使得疲劳性能严重下降，对正在服役的结构有着极为不利的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法，克服现有超声冲击方法的缺陷，突破现有技术的瓶颈。本专利技术在超声冲击处理结束之后，使用砂纸对其表面进行均匀打磨，直至完全去掉表面变形层，去掉表面存在的微裂纹，并在之后采用二次超声冲击，以进一步加强晶粒细化的作用，使表面塑性变形层厚度加深，并强化残余压应力的效果，提高镁合金超声冲击之后的疲劳性能。该方法操作简便，适应性好，可重复性高，能大幅提高工业生产效率。对提高镁合金疲劳性能具有重要意义。
[0005]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法，包括如下步骤：步骤一、一次超声冲击：采用超声冲击设备进行金属表面处理，出现塑性变形层7及表面过渡层8；步骤二、去除微裂纹：在一次超声冲击处理结束之后，使用砂纸对金属表面进行均匀研磨，直至完全去掉表面的塑性变形层7，以去除一次超声冲击存在的微裂纹6；步骤三、二次超声冲击：对金属表面进行二次超声冲击，冲击部位为一次超声冲击后的表面过渡层8，进一步加强晶粒细化的作用，使晶粒细化层厚度加深，并强化残余压应力的效果。
[0006]所述的一次超声冲击使得金属表面出现塑性变形层7与表面过渡层8，超声冲击速度保持在1mm/s~5mm/s，采用单根超声冲击针，冲击针直径d为3mm~6mm，振幅为10~30μm。
[0007]所述的砂纸为金刚石砂纸，进行表面研磨时，需要完全去掉表面的塑性变形层7，处理时均匀覆盖到整个金属表面，以消弭一次超声冲击留下的微裂纹6。
[0008]去除一次超声冲击留下的塑性变形层7后，在表面过渡层8的基础上进行二次超声
冲击，部分过渡层生成新的晶粒更为细化的二次超声冲击后塑性变形层9，另一部分生成晶粒更为细化的原表面过渡层10，部分母材生成新的二次超声冲击后表面过渡层11，从而使得晶粒细化层厚度更深，残余压应力效果更为显著。
[0009]二次超声冲击时，对超声冲击参数进行了优化，其冲击速度比一次超声冲击速度低25%，以获得更为均匀的表面细化，并且振幅比一次超声冲击高50%，使得晶粒细化层更深。
[0010]超声冲击时使超声冲击设备在自重条件下对金属表面进行冲击处理，直至冲击覆盖率达到300%。
[0011]本专利技术的有益效果在于：1.通过超声冲击和表面去层复合处理，可以进一步加强超声冲击晶粒细化的效果，使表面塑性变形层厚度加深，并强化残余压应力的效果。
[0012]2.操作简单，成本低，绿色节能。实用性强。
附图说明
[0013]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0014]图1为本专利技术的超声冲击设备的结构示意图；图2为本专利技术的超声冲击处理示意图；图3为本专利技术的超声冲击后表面去层处理示意图；图4为本专利技术的二次超声冲击处理示意图；图5为本专利技术的超声冲击后表面微裂纹金相图；图6为本专利技术的超声冲击试样金相图；图7为本专利技术的超声冲击与表面去层复合处理试样金相图；图8为本专利技术的母材、超声冲击及超声冲击与表面去层复合表面处理镁合金疲劳试样S-N曲线。
[0015]图中：1、超声波发生器；2、超声波换能器；3、变幅杆；4、超声冲击针；5、基板；6、微裂纹；7、塑性变形层；8、表面过渡层；9、二次超声冲击后塑性变形层；10、晶粒更为细化的原表面过渡层；11、二次超声冲击后表面过渡层。
具体实施方式
[0016]下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。
[0017]参见图1至图8所示，本专利技术的超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法，包括如下步骤：步骤一、一次超声冲击：采用超声冲击设备进行金属表面处理，出现塑性变形层7及表面过渡层8；步骤二、去除微裂纹：在一次超声冲击处理结束之后，使用砂纸对金属表面进行均匀研磨，直至完全去掉表面的塑性变形层7，以去除一次超声冲击存在的微裂纹6；步骤三、二次超声冲击：对金属表面进行二次超声冲击，冲击部位为一次超声冲击后的表面过渡层8，进一步加强晶粒细化的作用，使晶粒细化层厚度加深，并强化残余压应力的
效果。
[0018]在上述技术方案中，一次超声冲击与二次超声冲击速度均应保持在1mm/s~5mm/s（速度太低容易在表面出现损伤，速度过高则会使处理效果减弱），采用单根超声冲击针，冲击针直径d为3mm~6mm（直径过小冲击针易出现断折，直径过大不易处理均匀），振幅为10~30μm（振幅太小冲击效果太弱，振幅过高会使表面损伤），二次超声冲击时，其冲击速度低于一次超声冲击，并且振幅高于一次超声冲击（加强二次超声冲击效果，获得更为细化晶粒）。
[0019]在上述技术方案中，砂纸为金刚石砂纸，进行表面研磨时，需要完全去掉表面的塑性变形层7，处理时均匀覆盖到整个金属表面，以消弭一次超声冲击留下的微裂纹6。
[0020]在上述技术方案中，去除一次超声冲击留下的塑性变形层7后，在表面过渡层8的基础上进行二次超声冲击，部分过渡层生成新的晶粒更为细化的二次超声冲击后塑性变形层9，另一部分生成晶粒更为细化的原表面过渡层10，部分母材生成新的二次超声冲击后表面过渡层11，从而使得晶粒细化层厚度更深，残余压应力效果更为显著。
[0021]二次超声冲击时，对超声冲击参数进行了优化，其冲击速度比一次超声冲击低25%，以获得更为均匀的表面细化，并且振幅比一次超声冲击高50%，使得晶粒细化层更深。
[0022]在上述技术方案中，超声冲击时使超声冲击设备在自重条件下对金属表面进行冲击处理，冲击时应沿着同一方向反复冲击，直至加工出连续、均匀、光亮的凹槽，旋即于平行方向继续冲击，直至冲击覆盖率达到300%。
[0023]测试覆盖率时，应在超声冲击处理前使用颜色与金属材料对比明显的记号笔或者荧光剂在待处理区域涂抹标记，冲击后借助5~10倍放大镜进行检查，藉由颜色深浅来判断是否处理到，记录全部处理到的时间为100%，使用相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、一次超声冲击：采用超声冲击设备进行金属表面处理，出现塑性变形层（7）及表面过渡层（8）；步骤二、去除微裂纹：在一次超声冲击处理结束之后，使用砂纸对金属表面进行均匀研磨，直至完全去掉表面的塑性变形层（7），以去除一次超声冲击存在的微裂纹（6）；步骤三、二次超声冲击：对金属表面进行二次超声冲击，冲击部位为一次超声冲击后的表面过渡层（8），进一步加强晶粒细化的作用，使晶粒细化层厚度加深，并强化残余压应力的效果。2.根据权利要求1所述的超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法，其特征在于：所述的一次超声冲击使得金属表面出现塑性变形层（7）与表面过渡层（8），超声冲击速度保持在1mm/s~5mm/s，采用单根超声冲击针，冲击针直径d为3mm~6mm，振幅为10~30μm。3.根据权利要求1所述的超声冲击与表面去层相结合的金属表面处理方法，其特征在于：所述的砂纸为金刚石砂纸，进行表面研磨时，需要完全去掉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小辉，王岩，刘宇，张文强，王浩，张慧婧，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：