一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置及方法，方法包括以下步驟：步驟一，對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行預(yù)處理；步驟二，采用沖擊裝置對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行連續(xù)沖擊形變處理；步驟三，將金屬試樣放入真空退火爐中進(jìn)行回復(fù)處理。本發(fā)明方法中沖擊處理時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)沖擊力大小和頻率應(yīng)用于不同金屬的表面形變強(qiáng)化，產(chǎn)生不同厚度強(qiáng)化層，提高了形變強(qiáng)化效果和工作效率，簡(jiǎn)化了工藝流程，減少投入成本。
【專利說(shuō)明】
一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置，還涉及一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，屬于金屬材料表面形變強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]表面劇烈形變方法是針對(duì)材料表面失效現(xiàn)象運(yùn)用較為廣泛的材料表面強(qiáng)化技術(shù)， 通過(guò)施加機(jī)械應(yīng)力在金屬表面產(chǎn)生劇烈塑性變形，使表面層力學(xué)性能提高，達(dá)到表面強(qiáng)化效果。目前較為成熟、應(yīng)用較多的表面形變強(qiáng)化方法有機(jī)械噴丸、滾壓、內(nèi)擠壓等，但是在應(yīng)用中仍然存在許多不足，例如機(jī)械噴丸形變強(qiáng)化方法易產(chǎn)生噴丸死角，造成強(qiáng)度不足，不能滿足服役條件要求，還帶來(lái)許多環(huán)境污染問(wèn)題。滾壓及內(nèi)擠壓強(qiáng)化方法工藝性較為復(fù)雜，不方便應(yīng)用于小件、小批量件的加工等，廢棄料較多，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)等。此外，這些方法制得的強(qiáng)化層深度較淺(一般低于100M1)、強(qiáng)化程度偏低，同時(shí)殘余壓應(yīng)力值較小，材料的疲勞強(qiáng)度提高幅度較小。
[0003]綜上所述，當(dāng)前急需一種對(duì)金屬進(jìn)行表面形變強(qiáng)化處理的方法，能夠進(jìn)一步提高強(qiáng)化層，且提高工作效率，減少投入成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中金屬表面形變強(qiáng)化效果低、工藝復(fù)雜、效率低、投入成本大的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置，其特征是，包括試樣夾持裝置、沖擊桿和數(shù)據(jù)采集控制器，所述試樣夾持裝置上設(shè)有容納試樣的凹槽，凹槽內(nèi)水平表面上貼有壓力傳感器，所述沖擊桿垂直設(shè)于凹槽的上方，沖擊桿的下端設(shè)有速度傳感器，沖擊桿的上端通過(guò)固定裝置連接驅(qū)動(dòng)沖擊桿上下直線運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)，所述壓力傳感器和速度傳感器的輸出端連接數(shù)據(jù)采集控制器，數(shù)據(jù)采集控制器的輸出端通過(guò)電機(jī)調(diào)壓器連接馬達(dá)。
[0006]進(jìn)一步的，所述試樣夾持裝置上與凹槽相對(duì)的兩端為活動(dòng)連接，調(diào)節(jié)兩端距離可以改變凹槽的空間，以適應(yīng)不同規(guī)格的試樣。
[0007]進(jìn)一步的，所述速度傳感器緊貼于沖擊桿的下端側(cè)壁上。
[0008]進(jìn)一步的，還包括用于與用戶實(shí)現(xiàn)交互的交互單元，交互單元連接數(shù)據(jù)采集控制器。交互單元可采用現(xiàn)有技術(shù)中觸摸屏，可以顯示和設(shè)置裝置的沖擊參數(shù)，沖擊參數(shù)包括沖擊的大小和速度。
[0009]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集控制器采用單片機(jī)。[〇〇1〇]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，其特征是，包括以下步驟:步驟一，對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行預(yù)處理；步驟二，采用沖擊裝置對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行連續(xù)沖擊形變處理；步驟三，將金屬試樣放入真空退火爐中進(jìn)行回復(fù)處理。
[0011]進(jìn)一步的，所述金屬試樣包括碳鋼、合金鋼或有色金屬。
[0012]進(jìn)一步的，所述預(yù)處理包括依次進(jìn)行砂紙粗磨、細(xì)磨、拋光、稀硝酸浸蝕、酒精清洗和晾干處理。
[0013]進(jìn)一步的，沖擊裝置采用上述的沖擊裝置，沖擊處理的沖擊頻率為800?1600Hz，沖擊能為2?5J(焦耳)，沖擊時(shí)間為10?30min。[〇〇14] 進(jìn)一步的，回復(fù)處理的溫度為300?600°C，時(shí)間為1?3小時(shí)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是:1)本發(fā)明方法中沖擊處理時(shí)可通過(guò)控制沖擊力大小和頻率應(yīng)用于不同金屬的表面形變強(qiáng)化，產(chǎn)生不同厚度的強(qiáng)化層，提高了形變強(qiáng)化效果和工作效率，簡(jiǎn)化了工作流程；2)本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，提高工作效率，減少投入成本；3)本發(fā)明裝置成本低，功耗低，普適性強(qiáng)?！靖綀D說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖標(biāo)記:1、速度傳感器;2、數(shù)據(jù)采集控制器;3、馬達(dá);4、固定裝置;5、沖擊桿;6、 壓力傳感器;7、試樣夾持裝置?！揪唧w實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，其特征是，包括以下步驟:步驟一，對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行預(yù)處理；金屬試樣包括碳鋼、合金鋼或有色金屬;依次進(jìn)行砂紙粗磨、細(xì)磨、拋光、稀硝酸浸蝕、 酒精清洗和晾干預(yù)處理；步驟二，采用沖擊裝置對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行連續(xù)沖擊形變處理；利用沖擊裝置，對(duì)材料表面進(jìn)行連續(xù)沖擊劇烈塑性變形處理，不同金屬材料的試樣所需沖擊處理的參數(shù)不同，不同的形變強(qiáng)化厚度所需沖擊處理的參數(shù)也不同，沖擊處理時(shí)沖擊頻率為800~1600Hz，沖擊能為2?5J(焦耳)，沖擊時(shí)間為10~30min，所述的沖擊裝置，如圖2 所示，包括試樣夾持裝置7、沖擊桿5和數(shù)據(jù)采集控制器2，所述試樣夾持裝置7上設(shè)有容納試樣的凹槽，凹槽內(nèi)水平表面上貼有壓力傳感器6,所述沖擊桿5垂直設(shè)于凹槽的上方，沖擊桿 5的下端設(shè)有速度傳感器1，速度傳感器1緊貼于沖擊桿5的下端側(cè)壁上，沖擊桿5的上端通過(guò)固定裝置4連接驅(qū)動(dòng)沖擊桿5上下直線運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)3,所述壓力傳感器6和速度傳感器1的輸出端連接數(shù)據(jù)采集控制器2,數(shù)據(jù)采集控制器2的輸出端通過(guò)電機(jī)調(diào)壓器連接馬達(dá)3。所述試樣夾持裝置7上與凹槽相對(duì)的兩端為活動(dòng)連接，調(diào)節(jié)兩端距離可以改變凹槽的空間，以適應(yīng)不同規(guī)格的試樣；固定裝置4上設(shè)有固定沖擊桿的卡槽，固定裝置隨沖擊桿一起上下運(yùn)動(dòng)，壓力傳感器6設(shè)置在凹槽內(nèi)水平表面上，沖擊時(shí)金屬試樣疊放在壓力傳感器上，由于金屬試樣厚度一般為毫米級(jí)，較薄，壓力傳感器能夠準(zhǔn)確檢測(cè)金屬試樣受到的平均壓力，檢測(cè)結(jié)果更精確。進(jìn)一步的，還包括用于與用戶實(shí)現(xiàn)交互的交互單元，交互單元連接數(shù)據(jù)采集控制器。交互單元可采用現(xiàn)有技術(shù)中觸摸屏，可以顯示和設(shè)置裝置的沖擊參數(shù)，沖擊參數(shù)包括沖擊的大小、速度和時(shí)間。所述數(shù)據(jù)采集控制器采用單片機(jī)。
[0020]對(duì)金屬試樣進(jìn)行表面形變強(qiáng)化處理的過(guò)程為，將試樣放置緊固在試樣夾持裝置7 的凹槽內(nèi)，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集控制器2,通過(guò)交互單元設(shè)置沖擊處理的沖擊能、沖擊頻率和沖擊時(shí)間等沖擊參數(shù)，啟動(dòng)馬達(dá)3驅(qū)動(dòng)沖擊桿5上下運(yùn)動(dòng)，對(duì)試樣進(jìn)行沖擊處理，壓力傳感器6和速度傳感器1采集沖擊的壓力和上下運(yùn)動(dòng)的速度發(fā)送給數(shù)據(jù)采集控制器2,形成反饋，數(shù)據(jù)采集控制器2根據(jù)采集的壓力和速度數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)的沖擊參數(shù)進(jìn)行對(duì)比輸出相應(yīng)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)調(diào)壓器，以控制馬達(dá)3的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)沖擊桿5對(duì)試樣的沖擊力和沖擊頻率，試樣在劇烈壓力作用下，金屬表面發(fā)生劇烈塑性變形，沖擊力越大，表面形變強(qiáng)化層厚度越高。 本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)捷，適用性廣，可通過(guò)控制沖擊力大小應(yīng)用于不同金屬的表面形變強(qiáng)化，提高了工作效率，簡(jiǎn)化了工作流程，且在對(duì)試樣作用效果相同的條件下，本裝置耗能較小，一次投入性成本小。[〇〇21]步驟三，將金屬試樣放入真空退火爐中進(jìn)行回復(fù)處理。[〇〇22] 進(jìn)一步的，回復(fù)處理的溫度為300?600°C，時(shí)間為1?3小時(shí)?；貜?fù)處理使形變后金屬表層應(yīng)力釋放、且位錯(cuò)相互運(yùn)動(dòng)形成位錯(cuò)胞亞結(jié)構(gòu)。
[0023]本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，提高工作效率，減少投入成本。[〇〇24] 實(shí)施例一以30mm X 40mm的Q235鋼作為試樣，實(shí)驗(yàn)時(shí)將試樣放置在試樣夾持裝置7中固定，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集控制器2，設(shè)定沖擊頻率為1600Hz，沖擊能為2J，啟動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)沖擊桿對(duì)試樣表面進(jìn)行沖擊，沖擊時(shí)間為30min，之后將試樣進(jìn)行300°C下3h回復(fù)處理。經(jīng)測(cè)定，經(jīng)處理后Q235 鋼的表面硬度提高了約40%，抗拉強(qiáng)度提高了約25%，屈服強(qiáng)度提高了約30%，形變強(qiáng)化層厚度約300ym以上。[〇〇25] 實(shí)施例2以30mmX40mm的20鋼為試樣。實(shí)驗(yàn)時(shí)將試樣放置在試樣夾持裝置7中固定，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集控制器2,設(shè)定沖擊頻率為800Hz，沖擊能為5J，啟動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)沖擊桿對(duì)試樣表面進(jìn)行沖擊，沖擊時(shí)間為lOmin，之后將試樣進(jìn)行600°C下lh回復(fù)處理。經(jīng)測(cè)定，經(jīng)處理后20鋼的表面硬度提高了約42%，抗拉強(qiáng)度提高了約30%，屈服強(qiáng)度提高了約35%，形變強(qiáng)化層厚度約400ym 以上。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置，其特征是，包括試樣夾持裝置、沖擊桿和數(shù)據(jù) 采集控制器，所述試樣夾持裝置上設(shè)有容納試樣的凹槽，凹槽內(nèi)水平表面上貼有壓力傳感 器，所述沖擊桿垂直設(shè)于凹槽的上方，沖擊桿的下端設(shè)有速度傳感器，沖擊桿的上端通過(guò)固 定裝置連接驅(qū)動(dòng)沖擊桿上下直線運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)，所述壓力傳感器和速度傳感器的輸出端連接 數(shù)據(jù)采集控制器，數(shù)據(jù)采集控制器的輸出端通過(guò)電機(jī)調(diào)壓器連接馬達(dá)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置，其特征是，所述試樣夾 持裝置上與凹槽相對(duì)的兩端為活動(dòng)連接，調(diào)節(jié)兩端距離可以改變凹槽的空間，以適應(yīng)不同 規(guī)格的試樣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置，其特征是，所述速度傳 感器緊貼于沖擊桿的下端側(cè)壁上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的裝置，其特征是，還包括用于 與用戶實(shí)現(xiàn)交互的交互單元，交互單元連接數(shù)據(jù)采集控制器。5.—種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，其特征是，包括以下步驟:步驟一，對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行預(yù)處理；步驟二，采用沖擊裝置對(duì)金屬試樣的表面進(jìn)行連續(xù)沖擊形變處理；步驟三，將金屬試樣放入真空退火爐中進(jìn)行回復(fù)處理。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，其特征是，所述金屬試 樣包括碳鋼、合金鋼或有色金屬。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，其特征是，所述預(yù)處理 包括依次進(jìn)行砂紙粗磨、細(xì)磨、拋光、稀硝酸浸蝕、酒精清洗和晾干處理。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，其特征是，沖擊處理的 沖擊頻率為800?1600Hz，沖擊能為2?5J(焦耳)，沖擊時(shí)間為HKBOmin。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種金屬表面大應(yīng)力形變強(qiáng)化的方法，其特征是，回復(fù)處理的 溫度為300?600°C，時(shí)間為1?3小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C21D8/00GK105969961SQ201610359456
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】毛向陽(yáng), 楊紅艷, 姚瑤, 陳浩, 張慶磊, 王章忠, 張文君
【申請(qǐng)人】南京工程學(xué)院, 江蘇共昌軋輥股份有限公司