本发明专利技术公开了一种可控介质下的温变形方法及装置，温变形装置包括动力室防护罩和加热室防护罩，所述动力室防护罩内安装有调速电机，所述调速电机的输出轴端与变速齿轮组的输入端连接，所述变速齿轮组的输出端与传动轴连接，所述传动轴的另一端设置有连接法兰，所述连接法兰上通过螺栓固定有不锈钢罐，所述不锈钢罐上连接有气体阀门，气体阀门设置有两个。解决目前表面合金化与变形处理均有一定优势和劣势，难以平衡，且变形处理中冷加工变形和热加工变形也不能实现强度与抗疲劳性能匹配的问题，可实现对变形介质种类、介质浓度、介质压力、温变形温度、变形时间、罐体旋转速度等工艺参数的精确控制，以达到良好的温变形效果。以达到良好的温变形效果。以达到良好的温变形效果。
【技术实现步骤摘要】
一种可控介质下的温变形方法及装置
[0001]本专利技术涉及有色金属
，具体为一种可控介质下的温变形方法及装置。
技术介绍
[0002]材料的失效通常都是从表面开始，材料的抗疲劳性能、耐磨性以及耐蚀性等都跟材料组织密切相关。研究表明，显微组织既能影响屈服强度，又影响疲劳裂纹扩展速率。改善材料表面的服役性能可以通过提高表面硬度、细化晶粒以及产生残余压应力等方式实现。表面合金化可以通过增加材料表面的硬度来提高材料表面的服役性能，但该技术容易造成表层脆性增大、组织粗化等问题；变形处理则主要能够在材料表面产生较大的残余压应力，同时细化材料表面的晶粒，通过剧烈变形能在材料表层产生大量的缺陷、位错，从而使材料表面的服役性能提高，但常温机械变形对强度提升幅度有限，同时机械变形量也受限于材料本身塑性变形能力。因此，提升变形温度，将表面合金化与机械变形强化两种表面改性工艺结合起来可克服各自技术的缺陷，能极大地改善材料的抗疲劳、耐磨损、耐腐蚀等性能。
[0003]低碳钢、低合金钢、不锈钢以及钛合金等结构材料均不同程度地存在硬度低，耐磨性差等缺点，为扩大这些金属的应用范围，提高其表面性能，常常采用表面合金化或者机械变形对其进行强化。然而，冷加工变形需要较大的应力，加工硬化导致位错密度大量增加，从而提高金属的强度和硬度，但同时也降低了其延展性，并且当工件应力承受过大时会发生断裂；热加工变形容易造成组织不均匀，由于再结晶导致加工硬化效应消除，造成了强度的下降；冷变形和热变形都不能实现强度与抗疲劳性能的匹配。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种可控介质下的温变形方法及装置，以解决上述
技术介绍
中提出的目前表面合金化与变形处理均有一定优势和劣势，难以平衡，且变形处理中冷加工变形和热加工变形也不能实现强度与抗疲劳性能匹配的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种可控介质下的温变形装置，包括动力室防护罩和加热室防护罩，所述动力室防护罩内安装有调速电机，所述调速电机的输出轴端与变速齿轮组的输入端连接，所述变速齿轮组的输出端与传动轴连接，所述传动轴的另一端设置有连接法兰，所述连接法兰上通过螺栓固定有不锈钢罐，所述不锈钢罐上连接有气体阀门，气体阀门设置有两个，所述不锈钢罐的外侧设置有铸铜加热圈，不锈钢罐与铸铜加热圈之间的距离为0.5厘米至1厘米，以防不锈钢罐旋转时两者之间发生碰撞，连接法兰、铸铜加热圈、不锈钢罐和气体阀门均位于加热室防护罩内，所述加热室防护罩的端面开设有探测开孔，所述加热室防护罩外端的上端设置有红外测温仪，红外测温仪的光电探头、探测开孔中心与不锈钢罐罐壁之间形成一条直线，所述红外测温仪与加热室防护罩通过固定支架支撑；温变形装置通过铸铜加热圈对不锈钢罐内的工件进行加热，通过红外测温仪测量罐体温度、采集温度信号，进而通过控制端调整加热线圈功率，最终实现对不锈钢
罐处理温度的控制；通过调速电机上编码器测定不锈钢罐的旋转速度并将信号反馈给控制端，控制端通过变频器调整调速电机频率实现对不锈钢罐转速的控制。
[0006]优选的，所述不锈钢罐内壁环形阵列有梯形台阶，梯形台阶与不锈钢罐呈四十五度，梯形台阶设置有三个，三个所述梯形台阶分别位于不锈钢罐罐壁上部、不锈钢罐中间和不锈钢罐下部，所述不锈钢罐的内部放置有磨球，磨球设置有若干个；三处梯形台阶设置的目的在于防止转速过高时工件和磨球做圆周运动，增加工件与磨球间的撞击力，使工件和磨球在罐内做抛物线运动。
[0007]优选的，所述动力室防护罩内还设置有底部槽钢架，调速电机通过安装盘固定在底部槽钢架上，所述底部槽钢架上还设置有支撑轴承座，传动轴在支撑轴承座内转动，所述加热室防护罩内还设置有耐火砖支撑架，铸铜加热圈固定在耐火砖支撑架上端，所述不锈钢罐与连接法兰连接位置设置有隔热组件；主要实现对各种构件的支撑以及保护功能。
[0008]优选的，所述铸铜加热圈的前后端位置设置有耐火砖块；铸铜加热圈上的耐火砖块，能够防止加热对钢架的损伤。
[0009]一种可控介质下的温变形方法，包括如下步骤：步骤一：将需要进行温变形强化处理的工件表面进行打磨、抛光和清洗，后放入不锈钢罐中，添加固体介质或液体介质，进行密封和检漏，后反复抽真空并通入高纯氮气或氩气排除罐内空气，如果需要添加气体介质，再通过气体阀门添加气体到预定压力；步骤二：将不锈钢罐通过螺栓与连接法兰固定，固定铸铜加热圈，在控制端控制开启调速电机电源，同时利用铸铜加热圈对不锈钢罐进行加热，采用红外测温仪对工件的表面温度进行同步监测；步骤三：红外测温仪和调速电机上编码器分别将温度信号和转速信号反馈给控制端，控制端控制不锈钢罐的温度和旋转速度；步骤四：工件在不锈钢罐内进行温变形，温变形处理时间范围为1 h至72 h，从到温后开始计时，时间截止后温变形装置自动关闭电源，温变形停止；步骤五：待不锈钢罐冷却至室温，取出工件，完成温变形处理;通过上述方法以实现工件在可控介质下实现温变形处理，即同时进行表面机械化学复合处理，通过表面化学热处理与低温变形工艺相结合解决了目前表面合金化与变形处理均有一定优势和劣势，难以平衡，且变形处理中冷加工变形和热加工变形也不能实现强度与抗疲劳性能匹配的问题。
[0010]优选的，所述步骤一中，需要进行温变形处理的工件材质包括且不限于低碳钢、低合金钢、不锈钢和钛合金；低碳钢、低合金钢、不锈钢以及钛合金等结构材料均不同程度地存在硬度低，耐磨性差等缺点，为扩大这些金属的应用范围，提高其表面性能，常常采用表面合金化或者机械变形对其进行强化；冷加工变形提高金属的强度和硬度，但同时也降低了延展性，当工件应力承受过大时会发生断裂；热加工变形容易造成组织不均匀，造成了强度的下降；通过在可控介质下进行温变形既保证了一定的强度，又降低了疲劳裂纹扩展速率，是强度与抗疲劳性能的最佳变形工艺。
[0011]优选的，所述步骤一中，固体介质包括金属间化合物、石墨烯、石墨、氧化锆和硼；气体介质包括氨气、氮气、甲烷和乙炔；液体介质包括合成机油；介质以通过扩散及合金化的方式提高工件表面强韧性。
[0012]优选的，所述步骤一中，不锈钢罐内气体压力范围为
‑
0.05 MPa至0.15 MPa。
[0013]优选的，所述步骤三中，加热温度范围是50℃～700℃；旋转速度范围是0
‑
350 r/min。
[0014]优选的，所述温变形装置工作中，可控制参数包括材料种类、介质种类及含量、转速、温度、时间和球直径数量配比。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该专利技术中，本专利技术通过在可控介质下进行温变形既保证了一定的强度，又降低了疲劳裂纹扩展速率，是强度与抗疲劳性能的最佳变形工艺。其核心是将表面化学处理与温变形结合对低碳钢、低合金钢、不锈钢以及钛合金等结构材料表层进行表层强化处理，从而在低碳钢、低合金钢、不锈钢以及钛合金等结构材料表层获得具有高硬度的纳米梯度强化层，扩大其应用范围。通过表面化学热处理与低温变形工艺相结合解决了目前本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可控介质下的温变形装置，包括动力室防护罩（1）和加热室防护罩（7），其特征在于：所述动力室防护罩（1）内安装有调速电机（3），所述调速电机（3）的输出轴端与变速齿轮组（4）的输入端连接，所述变速齿轮组（4）的输出端与传动轴（6）连接，所述传动轴（6）的另一端设置有连接法兰（9），所述连接法兰（9）上通过螺栓固定有不锈钢罐（12），所述不锈钢罐（12）上连接有气体阀门（13），气体阀门（13）设置有两个，所述不锈钢罐（12）的外侧设置有铸铜加热圈（11），不锈钢罐（12）与铸铜加热圈（11）之间的距离为0.5厘米至1厘米，连接法兰（9）、铸铜加热圈（11）、不锈钢罐（12）和气体阀门（13）均位于加热室防护罩（7）内，所述加热室防护罩（7）的端面开设有探测开孔（8），所述加热室防护罩（7）外端的上端设置有红外测温仪（14），红外测温仪（14）的光电探头、探测开孔（8）中心与不锈钢罐（12）罐壁之间形成一条直线，所述红外测温仪（14）与加热室防护罩（7）通过固定支架（15）支撑。2.根据权利要求1所述的一种可控介质下的温变形装置，其特征在于：所述不锈钢罐（12）内壁环形阵列有梯形台阶（16），梯形台阶（16）与不锈钢罐（12）呈四十五度，梯形台阶（16）设置有三个，三个所述梯形台阶（16）分别位于不锈钢罐（12）罐壁上部、不锈钢罐（12）中间和不锈钢罐（12）下部，所述不锈钢罐（12）的内部放置有磨球（18），磨球（18）设置有若干个。3.根据权利要求1所述的一种可控介质下的温变形装置，其特征在于：所述动力室防护罩（1）内还设置有底部槽钢架（2），调速电机（3）通过安装盘固定在底部槽钢架（2）上，所述底部槽钢架（2）上还设置有支撑轴承座（5），传动轴（6）在支撑轴承座（5）内转动，所述加热室防护罩（7）内还设置有耐火砖支撑架（10），铸铜加热圈（11）固定在耐火砖支撑架（10）上端，所述不锈钢罐（12）与连接法兰（9）连接位置设置有隔热组件（19）。4.根据权利要求1所述的一种可控介质下的温变形装置，其特征在于：所述铸铜加热圈（11）的前后端位置设置有耐火砖块...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，代燕，刘港，杨峰，向庆，穆洪，石桦荥，
申请(专利权)人：贵州师范大学，
类型：发明
国别省市：
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