一种低熔点金属环向辗摩表面超细化方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于低烙点金属塑性加工领域，具体是一种低烙点金属环向無摩表面超细 化方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 侣儀等低烙点金属在服役环境下，材料的失稳（如疲劳、磨损和腐蚀等）多始于表 面，因此只有在材料表面制备出一定程度的细化晶粒，即表面超细化技术，就可W通过组织 优化提高材料的整体性能和服役行为。目前广泛应用于制备金属材料表面细晶材料的方法 有表面机械研磨处理法、凸轮漉压法、气动喷丸法和超音速颗粒轰击法等方法。
[0003] 虽然上述几种方法都能达到金属表面晶粒细化的目的，但运些方法或由于制备技 术复杂、成本高或由于对所制备的材料要求较为严格而受到限制，并且上述制备细晶材料 的方法多数通过在材料表面进行反复的施加载荷，积累足够大的累积塑性变形量，通过位 错使得粗晶逐步演化为细晶，由于加工过程过于繁琐，使得工业实际应用受到了限制。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种低烙点金属环向無摩表 面超细化方法及其装置，该方法不仅能快速的实现低烙点金属的表面细化，通过金属的动 态再结晶原理使本发明的方法和装置进行低烙点金属的表面细化时工序更加简单经济。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种低烙点金属环向無摩表面超细化方法，将低烙点金属待处理试件加工成圆柱 体状，使圆柱体状的低烙点金属待处理试件沿旋转面进行自转，沿自转的圆柱体状的低烙 点金属待处理试件的母线方向对低烙点金属待处理试件进行行进式表面無磨。
[0007] 具体的，所述的圆柱体状的低烙点金属待处理试件的自转角速度与行进式表面無 磨的行进速度比为2~10;自转角速度的单位为r/min，行进速度单位为mm/min。
[0008] 更具体的，对低烙点金属待处理试件进行行进式表面無磨时的压下量为0.2~ 1 2inm O
[0009] 还有，所述的低烙点金属为AZ31儀合金，对AZ31儀合金待处理试件进行行进式表 面無磨时的压下量为0.2~1mm。
[0010] 另外，进行行进式表面無磨的单位無磨面积与圆柱体状的低烙点金属待处理试件 的侧面积的面积比为1:4~24。
[0011] 实现所述的低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置，包括试件夹紧自转构 件、控压無磨构件、冷却构件和竖向进给构件，试件夹紧自转构件用于夹紧圆柱体状的低烙 点金属待处理试件并控制其沿旋转面进行自转，控压無磨构件在竖向进给构件的带动下沿 圆柱体状的低烙点金属待处理试件的母线方向进行行进式無磨，冷却构件对加工过程中的 圆柱体状的低烙点金属待处理试件进行冷却。
[0012] 具体的，所述的控压無磨构件包括無磨头和与無磨头同轴连接的压力器，压力器 通过压力控制系统进行控制;压力器与竖向进给构件的移动端垂直固定连接。
[0013] 更具体的，所述的無磨头的無磨面为弧形面，弧形面的弧度为^~^。
[0014] 进一步的，所述的试件夹紧自转构件包括=棘爪和旋转马达，=棘爪夹紧圆柱体 状的低烙点金属待处理试件，旋转马达带动=棘爪与圆柱体状的低烙点金属待处理试件一 起沿旋转面进行自转。
[0015] 更进一步的，所述的试件夹紧自转构件还包括顶针，顶针位于=棘爪的上方，=棘 爪将圆柱体状的低烙点金属待处理试件的一个底面端夹紧，顶针在圆柱体状的低烙点金属 待处理试件的另一个底面顶紧。
[0016] 本发明的优点：
[0017] 1、本发明提出了一种低烙点金属环向無摩表面超细化方法，该方法主要通过自转 的圆柱体状的低烙点金属待处理试件与沿母线方进行行进式表面無磨的双向相对运动的 方式实现对金属表面的细化，甚至是超细化，低烙点金属材料表面在受到压力和表面切向 的摩擦力共同作用时，摩擦切向力使得金属表面晶粒破碎，且由于材料受到的切应力为面 切应力，使得材料沿着切向塑性变形提高，达到细化表面的目的；同时材料发生剧烈塑性变 形，较大的摩擦热使得金属发生动态再结晶，达到进一步晶粒细化的目的；不仅减少了加工 次数，且增加了细化程度，通过金属的动态再结晶行为来达到目的；
[0018] 2、相比传统的金属表面细化方式，本发明的加工方式更加简单，成本低，利于工业 化应用；
[0019] 3、本发明还给出了专口用于实现低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置，该 装置主要通过夹紧自转构件、控压無磨构件、冷却构件和竖向进给构件实现试件的自转和 行进式無磨的双向运动的结合，试件夹紧自转构件用于夹紧圆柱体状的低烙点金属待处理 试件并控制其沿旋转面进行自转，控压無磨构件在竖向进给构件的带动下沿圆柱体状的低 烙点金属待处理试件的母线方向进行行进式無磨，冷却构件对加工过程中的圆柱体状的低 烙点金属待处理试件进行冷却；
[0020] 4、另外，本发明的实现低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置中的無磨头与 试件的配合是面配合，無摩头在压力的作用下压入一个高速旋转的待处理试件的表面，材 料表面在受到压力和表面的切向的摩擦力共同作用，摩擦切向力使得金属表面晶粒破碎， 由于材料受到的切应力为面切应力，使得材料沿着切向塑性变形提高，材料达到细化的目 的。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的低烙点金属环向無摩表面超细化装置的结构示意图；
[0022] 图2为图1的娠磨头与试件的结构关系示意图；
[0023] 图3为环向無摩头表面的花纹，图中的A、B和C分别表示=种不同的花纹；
[0024] 图4为本发明的無摩头在圆柱形加工件表面对应的弧度W示意图，图中D表示圆柱 体状试件的直径，图中的圆形表示圆柱体状试件的横向剖面图；
[0025] 图5为实施例一中试件加工前的金相组织图；
[00%]图6为实施例一中试件加工后的金相组织图；
[0027]图7为实施例二中试件加工后的金相组织图；
[00%]图8为实施例S中试件加工前的表面透射显微照片；
[0029] 图9为实施例S中试件加工后的表面透射显微照片；
[0030] 图巧P2中各标号表示为：1-無磨头、2-固定套筒、3-压力器、4-压力控制系统、5-第 一保护罩、6-竖向进给马达、7-旋转马达、8-S棘爪、9-工作台、10-低烙点金属待处理试件、 11-第二保护罩、12-顶针、13-冷却构件；
[0031] W下结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做具体说明。
【具体实施方式】
[0032] 本发明的一种低烙点金属环向無摩表面超细化方法，包括将低烙点金属待处理试 件加工成圆柱体状，使圆柱体状的低烙点金属待处理试件沿旋转面进行自转，沿自转的圆 柱体状的低烙点金属待处理试件的母线方向对低烙点金属待处理试件进行行进式表面無 磨;低烙点金属材料表面在受到压力和表面切向的摩擦力共同作用时，摩擦切向力使得金 属表面晶粒破碎，且由于材料受到的切应力为面切应力，使得材料沿着切向塑性变形提高， 达到细化表面的目的；同时材料发生剧烈塑性变形，较大的摩擦热使得金属发生动态再结 晶，达到进一步晶粒细化的目的。
[0033] 在加工过程中，低烙点金属待处理试件的旋转角速度和行进式表面無磨的行进速 度应该保持在一定范围内，因为旋转角速度过大，会加大摩擦热量，热输入量过大会使得金 属晶粒粗化；同时行进式表面無磨的行进速度过大时，由于移动速度过快，热输入量减少， 使得加工件表面产生缺陷，成型性不好。根据发明人研究经验，圆柱体状的低烙点金属待处 理试件的自转角速度与行进式表面無磨的行进速度比为2~10时，可W有效保证加工过程 中金属表面成型性和金属细化程度；自转角速度的单位为rad/s，行进速度单位为mm/min。
[0034] 进行行进式表面無摩的单位無摩面积与圆柱体状的低烙点金属待处理试件的侧 面积的面积比为1:4~24。
[0035] 结合图1和2,本发明的实现低烙点金属环向無摩表面超细化方法的装置包括试件 夹紧自转构件、控压無磨构件、冷却构件13和竖向进给构件，试件夹紧自转构件用于夹紧圆 柱体状的低烙点金属待处理试件10并控制其沿旋转面进行自转，控压無磨构件在竖向进给 构件的带动下沿圆柱体状的低烙点金属待处理试件10的母线方向进行行进式無磨，冷却构 件13对加工过程中的圆柱体状的低烙点金属待处理试件10进行冷却。
[0036] 其中，控压無磨构件包括無磨头1和依次与無磨头1同轴连接的固定套筒2、压力器 3和压力控制系统4,無磨头1通过固定套筒2安装在压力器3上，压力器3通过压力控制系统4 进行控制;压力器3与竖向进给构件的移动端垂直固定连接。竖向进给构件包括竖向进给马 达6,在进行试件的無磨时，通过压力系统4控制压力器3给予無磨头1的压下量，再通过竖向 进给马达6控制無磨头1在待处理试件表面沿母线方向来回行进的速度;在竖向进给构件外 设置密封的第一保护罩5,保护竖向进给构件的操作过程;無摩头1和待处理试件的配合是 面配合，無摩头1在压力的作用下压入一个高速旋转的待处理试件的表面，材料表面在受到 压力和表面的切向的摩擦力共同作用，摩擦切向力使得金属表面晶粒破碎，由于材料受到 的切应力为面切应力，使得材料沿着切向塑性变形提高，材料达到细化的目的；同时材料发 生剧烈塑性变形，较大的摩擦热使得金属发生动态再结晶，达到晶粒细化的目的。同时强制 冷却作用使得金属的表面晶粒细化程度提