一種金屬材料滾輪式表面納米化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬材料滾輪式表面納米化的方法，屬于金屬材料表面納米化技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)對(duì)金屬材料回轉(zhuǎn)件進(jìn)行處理，金屬材料表面在滾輪的可控滾壓作用下產(chǎn)生梯度塑性變形，從而使材料表面產(chǎn)生梯度組織細(xì)化層，梯度組織細(xì)化層深度最大可達(dá)800μm，最表層的組織結(jié)構(gòu)由粗晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶結(jié)構(gòu)。經(jīng)過滾輪式表面納米化處理之后，金屬材料表面光潔度有不同幅度的提升，表層硬度由表及里呈梯度變化，表面硬度值比基體硬度值顯著提高。
【專利說明】
一種金屬材料滾輪式表面納米化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料表面納米化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料滾輪式表面納米化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工程金屬材料及器件在使役環(huán)境下破壞的主要形式包括疲勞失效、腐蝕失效和磨損失效等，而這些失效與材料的表面組織結(jié)構(gòu)及性能直接相關(guān)。因此，提高金屬材料及器件的表面性能將大大提升其使役行為及使用壽命。現(xiàn)有提高金屬材料表面性能的方法主要包括表面沉積涂層、表面合金化、表面機(jī)械處理等。表面沉積涂層方法是利用氣相沉積或噴涂等方法在金屬材料表面制備出具有特殊性能的涂層，以適應(yīng)復(fù)雜的服役環(huán)境。但是，該方法存在涂層與基體之間結(jié)合問題，在苛刻的使役環(huán)境中往往會(huì)發(fā)生涂層與基體之間產(chǎn)生裂紋甚至涂層剝落，大大降低材料的服役壽命。表面合金化是利用滲碳、滲鋁、滲氮等技術(shù)改變金屬材料表面相結(jié)構(gòu)及性能，在表面制備出合金化層的方法。該方法具有高能耗、工藝流程復(fù)雜等特點(diǎn)，往往需要較高的溫度及處理時(shí)間，并且對(duì)環(huán)境有一定程度的污染。表面機(jī)械處理方法主要包括噴丸、深滾壓、超聲機(jī)械沖擊表面強(qiáng)化、激光沖擊強(qiáng)化、表面機(jī)械研磨處理(SMAT)等。噴丸、深滾壓、超聲機(jī)械沖擊表面強(qiáng)化及激光沖擊強(qiáng)化等方法可提高金屬材料的表面硬度，并在其表面獲得一定深度的殘余壓應(yīng)力層，它將有效改善金屬材料的疲勞性能。但是，上述方法對(duì)金屬材料表面硬度提升的幅度有限，并且表層殘余壓應(yīng)力在使役過程中容易釋放，這將大大降低強(qiáng)化效果。SMAT作為一種表面納米化方法，可在金屬材料表面獲得一定深度的納米結(jié)構(gòu)層，改善金屬材料的性能。但是，SM A T處理效率有限，并且金屬材料經(jīng)SMAT處理之后表面粗糙度Ra顯著增加，這限制了 SMAT表面納米化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]因此，亟需一種新型表面納米化技術(shù)，在金屬材料回轉(zhuǎn)件表面產(chǎn)生梯度納米結(jié)構(gòu)層，并且梯度納米結(jié)構(gòu)層的厚度可控;經(jīng)處理后，金屬材料回轉(zhuǎn)件表面的粗糙度Ra值降低，表面光潔度有不同程度的改善，金屬材料表面硬度大幅度提升，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種金屬材料滾輪式表面納米化的方法，該方法可對(duì)金屬材料回轉(zhuǎn)件進(jìn)行表面納米化處理。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種金屬材料滾輪式表面納米化的方法，該方法采用滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)對(duì)金屬材料回轉(zhuǎn)件進(jìn)行表面納米化處理，使金屬材料表面在滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)產(chǎn)生的可控滾壓作用下產(chǎn)生梯度塑性變形，從而使材料最表層的組織結(jié)構(gòu)由粗晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶結(jié)構(gòu)。
[0007]所述金屬材料為低碳鋼、奧氏體不銹鋼或調(diào)質(zhì)合金鋼。
[0008]所述滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)包括滾輪式表面納米化加工刀具、冷卻潤滑系統(tǒng)及自動(dòng)變位系統(tǒng);其中:所述滾輪式表面納米化加工刀具包括滾輪、支撐軸和支撐刀柄，所述滾輪能夠?qū)饘俨牧媳砻孢M(jìn)行滾壓處理，滾輪固定套裝于支撐軸的中心部位;所述支撐軸的兩端連接于支撐刀柄上，并能相對(duì)于支撐刀柄轉(zhuǎn)動(dòng);所述冷卻潤滑系統(tǒng)由潤滑油路和供油系統(tǒng)組成，所述潤滑油路開設(shè)于支撐刀柄內(nèi)，供油系統(tǒng)通過潤滑油路在表面納米化處理過程中提供潤滑及冷卻作用；所述自動(dòng)變位系統(tǒng)由刀架及尾架組成，所述支撐刀柄固定在刀架上，所述金屬材料回轉(zhuǎn)件通過尾架裝夾。
[0009]所述表面納米化處理過程為:金屬材料回轉(zhuǎn)件以線速度V1旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過控制刀架位移使?jié)L輪式表面納米化加工刀具的滾輪端面壓入回轉(zhuǎn)件表面一定深度A X，然后刀架沿回轉(zhuǎn)件軸向以速度^進(jìn)給至設(shè)定長度即完成一次加工，重復(fù)上述過程η次，每次加工的設(shè)定長度內(nèi)Ax保持固定;加工過程中，冷卻潤滑系統(tǒng)對(duì)滾輪、支撐軸及滾輪與回轉(zhuǎn)件接觸區(qū)域進(jìn)行潤滑。
[00?0]所述表面納米化處理過程中，所述金屬材料回轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)的線速度Vi為1.0X 104mm/min-5.0 X 104mm/min，所述滾輪端面壓入回轉(zhuǎn)件表面深度Δ x為20-250μηι，所述刀架沿回轉(zhuǎn)件軸向進(jìn)給的速度V2為5.0 X 10—3mm/r-5.0 X 10—2mm/r，所述加工次數(shù)η為1_10。
[0011]所述滾輪式表面納米化加工刀具的滾輪材質(zhì)為GCr15、WC/Co或高速鋼，滾輪直徑為10-50mm，滾輪外邊緣的端面加工成弧形，該弧形端面直徑為4-10mm。
[0012]所述金屬材料回轉(zhuǎn)件經(jīng)過表面納米化處理后，在回轉(zhuǎn)件表面產(chǎn)生梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層，層深為200-800μπι;該梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層的顯微硬度由表及里呈梯度分布狀態(tài)，最表層顯微硬度值比基體高18%_230%。所述梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層由表及里的組織結(jié)構(gòu)依次為納米晶、亞微米晶和微米級(jí)粗晶，最表層晶粒尺寸細(xì)化為50nm以下;表面粗糙度有不同幅度的提升，最表層的表面光潔度Ra最小達(dá)到0.ΙΟμπι以下。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有的提高金屬材料表面性能的方法相比有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)實(shí)現(xiàn)方式簡單，成本較低，可在滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)上進(jìn)行金屬材料的表面納米化加工。而表面合金化的方法工藝過程比較復(fù)雜，往往需要高溫、長時(shí)間等條件，因此，經(jīng)過表面合金化處理之后，基體的組織結(jié)構(gòu)及性能容易發(fā)生變化。
[0015](2)經(jīng)過滾輪式表面納米化的金屬材料表面為梯度結(jié)構(gòu)，由表及里分別為納米晶、亞微米晶、微米級(jí)粗晶，表層結(jié)構(gòu)與內(nèi)部基體無明顯界面，不存在結(jié)合性能差的問題。而表面沉積涂層的方式制備出的表面涂層與基體之間有明顯的界面，在苛刻的使役過程中容易發(fā)生涂層與基體間產(chǎn)生裂紋甚至涂層剝落的現(xiàn)象。
[0016](3)與噴丸、深滾壓、超聲機(jī)械沖擊表面強(qiáng)化、激光沖擊強(qiáng)化等表面機(jī)械處理方法相比，金屬材料經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表面晶粒尺寸達(dá)到納米級(jí)，獲得的表面梯度結(jié)構(gòu)層的深度更大，表面硬度提升幅度更高。并且表面梯度納米結(jié)構(gòu)層可有效阻止疲勞過程中的裂紋萌生與擴(kuò)展，大大改善了金屬材料的疲勞性能。與SMAT相比，金屬材料經(jīng)過滾輪式表面納米化處理之后表面光潔度有一定程度的提升，Ra最小可達(dá)0.ΙΟμπι以下。
【附圖說明】
[0017]圖1為金屬材料滾輪式表面納米化原理示意圖；其中:圖(a)為滾輪式表面納米化原理圖，圖(b)為圖(a)的放大視圖(部分)，圖(C)為圖(a)的右視剖面圖(部分)。
[0018]圖中:1-金屬材料回轉(zhuǎn)件;2-滾輪式表面納米化加工刀具;3-滾輪;4-支撐軸;5-支撐刀柄;6-尾架卡盤;7-尾架頂尖;8-潤滑油路;9-刀架;10-梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層。
[0019]圖2為316L奧氏體不銹鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表層橫斷面微觀組織照片。
[0020]圖3為316L奧氏體不銹鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表面XRD圖譜。
[0021]圖4為316L奧氏體不銹鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表層橫斷面顯微硬度與深度之間的關(guān)系。
[0022]圖5為IF鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表層橫斷面微觀組織照片。
[0023]圖6為IF鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表面XRD圖譜。
[0024]圖7為IF鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表層橫斷面顯微硬度與深度之間的關(guān)系。
[0025]圖8為42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表層橫斷面微觀組織照片。
[0026]圖9為42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表面XRD圖譜。
[0027]圖10為42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)滾輪式表面納米化處理后表層橫斷面顯微硬度與深度之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明提出一種金屬材料滾輪式表面納米化的方法，該方法可對(duì)金屬材料回轉(zhuǎn)件進(jìn)行表面納米化處理，金屬材料表面在滾輪的可控滾壓作用下產(chǎn)生梯度塑性變形，從而使回轉(zhuǎn)件表面產(chǎn)生梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層，最表層的組織結(jié)構(gòu)由粗晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶結(jié)構(gòu)，其原理示意圖如圖1所示。其中:所述表面納米化處理是在滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示，該表面納米化加工系統(tǒng)由滾輪式表面納米化加工刀具2、冷卻潤滑系統(tǒng)及自動(dòng)變位系統(tǒng)組成。所述滾輪式表面納米化加工刀具2由滾輪3、支撐軸4和支撐刀柄5組成，滾輪3固定并套裝于支撐軸4的中心部位，支撐軸4的兩端連接在支撐刀柄5上，并能相對(duì)于支撐刀柄5自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述冷卻潤滑系統(tǒng)由潤滑油路8和供油系統(tǒng)組成，所述潤滑油路8開設(shè)在支撐刀柄5內(nèi)，供油系統(tǒng)通過潤滑油路8實(shí)現(xiàn)對(duì)表面納米化處理過程提供潤滑及冷卻作用。所述自動(dòng)變位系統(tǒng)由刀架9及尾架組成，所述尾架包括尾架卡盤6和尾架頂尖7 ο所述滾輪式表面納米化加工刀具2的支撐刀柄5固定在刀架9上。所述金屬材料回轉(zhuǎn)件I通過尾架裝夾，即所述金屬材料回轉(zhuǎn)件I的一端固定在尾架卡盤6上，另一端由尾架頂尖7頂住，通過控制尾架卡盤6的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)金屬材料回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過刀架9的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)表面納米化加工刀具2的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0030]本發(fā)明方法的具體實(shí)施過程如下:
[0031]滾輪式表面納米化加工刀具2的滾輪材質(zhì)選用GCrl5、WC/Co或高速鋼，滾輪3直徑為10-50mm，滾輪外邊緣的端面加工成弧形，該弧形端面直徑為4-10mm(端面直徑是指與弧形端面相對(duì)應(yīng)的圓的直徑)。金屬材料回轉(zhuǎn)件I初始表面為車削加工的狀態(tài)。采用尾架將金屬材料回轉(zhuǎn)件I裝夾在滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)上。把滾輪式表面納米化加工刀具2安裝在刀架9上，對(duì)加工過程及行走路徑進(jìn)行程序編輯。打開冷卻潤滑系統(tǒng)，開始對(duì)金屬材料回轉(zhuǎn)件I進(jìn)行滾輪式表面納米化加工。金屬材料回轉(zhuǎn)件I以線速度Vi(1.0X104mm/min-5.0 X104mm/min)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過刀架9移動(dòng)使?jié)L輪式表面納米化加工刀具2的滾輪3端面壓入回轉(zhuǎn)件I表面一定深度Δ χ(20-250μπι)，然后刀架9沿回轉(zhuǎn)件I軸向以速度v2(5.0 X 10—3mm/r-5.0X10—2mm/r)進(jìn)給至設(shè)定長度即完成一次加工，重復(fù)上述過程n(l-10)次，每次加工長度內(nèi)Ax保持固定;加工過程中，冷卻潤滑系統(tǒng)對(duì)滾輪3、支撐軸4及滾輪3與回轉(zhuǎn)件I接觸區(qū)域進(jìn)行冷卻與潤滑。
[0032]經(jīng)過上述滾輪式表面納米化加工后，金屬材料回轉(zhuǎn)件I表面粗糙度有不同幅度的提升;表面晶粒尺寸細(xì)化為50nm以下，表面產(chǎn)生梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層10，層深為200-800μπι;表層顯微硬度由表及里呈梯度分布狀態(tài)，最表層顯微硬度值比基體高18%_230%，最終實(shí)現(xiàn)了金屬材料I的滾輪式表面納米化。
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本實(shí)施例選擇316L奧氏體不銹鋼作為對(duì)象，其化學(xué)成分為(wt.%):C 0.03%,Si
0.03% ,Mn 1.01%,S 0.016% ,P 0.042% ,Cr 16.72% ,Mo 2.12%,Ni 10.7%，F(xiàn)e 余量。316L奧氏體不銹鋼的供貨態(tài)為退火態(tài)，試棒的直徑為10_。試棒表面為車削加工的狀態(tài)。
[0036]采用本發(fā)明的滾輪式表面納米化方法對(duì)316L奧氏體不銹鋼進(jìn)行表面納米化加工。滾輪式表面納米化加工刀具的滾輪材質(zhì)選用GCrl5，滾輪直徑選用30mm，滾輪3端面直徑選用1mmc^ieL奧氏體不銹鋼試棒旋轉(zhuǎn)速度Vi = 1.7 X 104mm/min;滾輪式表面納米化加工刀具進(jìn)給速度V2 = 5X 10—3mm/r;滾輪端部壓入316L奧氏體不銹鋼表面的深度Δ χι = ΙΟΟμπι, Δ χ2= 200μπι，Δχ3 = 200μπι。
[0037]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過本發(fā)明的滾輪式表面納米化方法加工后，316L奧氏體不銹鋼表面粗糙度Ra為0.07μπι，表層出現(xiàn)梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)，其厚度為900μπι(圖2)。圖3所示的X射線衍射寬化分析結(jié)果表明，316L奧氏體不銹鋼表層晶粒尺寸細(xì)化為12nm。隨著與表面距離的增加，晶粒尺寸逐漸增大至微米級(jí)(圖2)。經(jīng)滾輪式表面納米化方法加工后，316L奧氏體不銹鋼表層橫斷面的顯微硬度由表及里呈梯度分布(圖4)，最表層的顯微硬度為4.4GPa，隨著與表面距離的增加，顯微硬度逐漸降低，當(dāng)與表面距離為900μπι時(shí)，顯微硬度降低至粗晶基體的硬度(1.8GPa)。
[0038]實(shí)施例2
[0039]本實(shí)施例選擇IF鋼作為對(duì)象，其化學(xué)成分為(wt.%):C 0.04% ,Si 0.04% ,Mn
0.29% ,S 0.003%,P 0.04% ,Ti 0.01%,Ni 0.02% ,Cu 0.03% ,Al 0.03%，F(xiàn)e 余量。IF 鋼的供貨態(tài)為退火態(tài)，試棒的直徑為20_。試棒表面為車削加工的狀態(tài)。
[0040]采用本發(fā)明的滾輪式表面納米化方法對(duì)IF鋼進(jìn)行表面納米化加工。滾輪式表面納米化加工刀具的滾輪材質(zhì)選用GCrl5，滾輪直徑選用30mm，滾輪3端面直徑選用10mm。IF鋼試棒旋轉(zhuǎn)速度Vi = 1.7 X 104mm/min;滾輪式表面納米化加工刀具進(jìn)給速度V2 = 7 X 10—3mm/r;滾輪端部壓入IF鋼表面的深度Δ X1 = SSym, Δ Χ2 = 25μηι, Δχ3 = 50μηι。
[0041]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過本發(fā)明的滾輪式表面納米化方法加工后，IF鋼表層出現(xiàn)梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)，其厚度為700μπι(圖5)。圖6所示的X射線衍射寬化分析結(jié)果表明，IF鋼表層晶粒尺寸細(xì)化為19nm。隨著與表面距離的增加，晶粒尺寸逐漸增大至微米級(jí)(圖5)。經(jīng)滾輪式表面納米化方法加工后，IF鋼表層橫斷面的顯微硬度由表及里呈梯度分布(圖7)，最表層的顯微硬度為3.0GPa，隨著與表面距離的增加，顯微硬度逐漸降低，當(dāng)與表面距離為800μπι時(shí)，顯微硬度降低至粗晶基體的硬度(0.9GPa)。
[0042]實(shí)施例3
[0043]本實(shí)施例選擇42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼作為對(duì)象，其化學(xué)成分為(wt.%):C 0.41% ,Si
0.23% ,Mn 0.75% ,S 0.024% ,P 0.015% ,Cr 1.12%,Mo 0.22% ,Cu 0.02%，F(xiàn)e 余量。42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼的供貨態(tài)為調(diào)質(zhì)態(tài)(依次進(jìn)行淬火、高溫回火處理及時(shí)效處理)，試棒的直徑為20mm。試棒表面為車削加工的狀態(tài)。
[0044]采用本發(fā)明的滾輪式表面納米化方法對(duì)42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行表面納米化加工。滾輪式表面納米化加工刀具的滾輪材質(zhì)選用GCrl5，滾輪直徑選用30mm，滾輪3端面直徑選用lOmmdSCrMoA調(diào)質(zhì)鋼試棒旋轉(zhuǎn)速度Vi= 1.9 X 104mm/min;滾輪式表面納米化加工刀具進(jìn)給速度V2 = 6 X 10—3mm/r;滾輪端部壓入42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼表面的深度Δ χι = 50μηι, Δ Χ2 = ΙΟΟμπι,A X3= ΙΟΟμηι。
[0045]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過本發(fā)明的滾輪式表面納米化方法加工后，42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼表層出現(xiàn)梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)，其厚度為200μπι(圖8)。圖9所示的X射線衍射寬化分析結(jié)果表明，42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼表層晶粒尺寸細(xì)化為llnm。隨著與表面距離的增加，晶粒尺寸逐漸增大至微米級(jí)(圖8)。經(jīng)滾輪式表面納米化方法加工后，42CrMoA調(diào)質(zhì)鋼表層橫斷面的顯微硬度由表及里呈梯度分布(圖10 )，最表層的顯微硬度為3.3GPa，隨著與表面距離的增加，顯微硬度逐漸降低，當(dāng)與表面距離為200μπι時(shí)，顯微硬度降低至粗晶基體的硬度(2.8GPa)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:該方法采用滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)對(duì)金屬材料回轉(zhuǎn)件進(jìn)行表面納米化處理，使金屬材料表面在滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)產(chǎn)生的可控滾壓作用下產(chǎn)生梯度塑性變形，從而使材料最表層的組織結(jié)構(gòu)由粗晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:所述金屬材料為低碳鋼、奧氏體不銹鋼或調(diào)質(zhì)合金鋼。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:所述滾輪式表面納米化加工系統(tǒng)包括滾輪式表面納米化加工刀具、冷卻潤滑系統(tǒng)及自動(dòng)變位系統(tǒng)；其中:所述滾輪式表面納米化加工刀具包括滾輪、支撐軸和支撐刀柄，所述滾輪能夠?qū)饘俨牧媳砻孢M(jìn)行滾壓處理，滾輪固定套裝于支撐軸的中心部位;所述支撐軸的兩端連接于支撐刀柄上，并能相對(duì)于支撐刀柄轉(zhuǎn)動(dòng);所述冷卻潤滑系統(tǒng)由潤滑油路和供油系統(tǒng)組成，所述潤滑油路開設(shè)于支撐刀柄內(nèi)，供油系統(tǒng)通過潤滑油路在表面納米化處理過程中提供潤滑及冷卻作用;所述自動(dòng)變位系統(tǒng)由刀架及尾架組成，所述支撐刀柄固定在刀架上，所述金屬材料回轉(zhuǎn)件通過尾架裝夾。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:所述表面納米化處理過程為:金屬材料回轉(zhuǎn)件以線速度V1旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過控制刀架位移使?jié)L輪式表面納米化加工刀具的滾輪端面壓入回轉(zhuǎn)件表面一定深度A X，然后刀架沿回轉(zhuǎn)件軸向以速度^進(jìn)給至設(shè)定長度即完成一次加工，重復(fù)上述過程η次，每次加工的設(shè)定長度內(nèi)Ax保持固定;加工過程中，冷卻潤滑系統(tǒng)對(duì)滾輪、支撐軸及滾輪與回轉(zhuǎn)件接觸區(qū)域進(jìn)行潤滑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:所述表面納米化處理過程中，所述金屬材料回轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)的線速度Vi為1.0X 104mm/min-5.0 X 104mm/min，所述滾輪端面壓入回轉(zhuǎn)件表面深度Δχ為20-250μπι，所述刀架沿回轉(zhuǎn)件軸向進(jìn)給的速度V2為5.0 X 10—3mm/r-5.0 X 10—2mm/r，所述加工次數(shù)η為 1-10。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:所述滾輪式表面納米化加工刀具的滾輪材質(zhì)為GCrl5、WC/Co或高速鋼，滾輪直徑為10-50mm，滾輪端面加工成弧形，該弧形端面直徑為4-10mm。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:所述金屬材料回轉(zhuǎn)件經(jīng)過表面納米化處理后，在回轉(zhuǎn)件表面產(chǎn)生梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層，層深為200-800μπι;該梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層的顯微硬度由表及里呈梯度分布狀態(tài)，最表層顯微硬度值比基體高 18%-230%。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬材料滾輪式表面納米化的方法，其特征在于:所述梯度組織細(xì)化結(jié)構(gòu)層由表及里的組織結(jié)構(gòu)依次為納米晶、亞微米晶和微米級(jí)粗晶，最表層晶粒尺寸細(xì)化為50nm以下;最表層的表面光潔度Ra最小達(dá)到0.ΙΟμπι以下。
【文檔編號(hào)】C21D7/04GK106086344SQ201610601605
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月28日 公開號(hào)201610601605.5, CN 106086344 A, CN 106086344A, CN 201610601605, CN-A-106086344, CN106086344 A, CN106086344A, CN201610601605, CN201610601605.5
【發(fā)明人】張偉華, 王鎮(zhèn)波, 盧柯, 梁晨, 張凱
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院金屬研究所