一种金属表面大应力形变强化的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属表面大应力形变强化的装置及方法，方法包括以下步骤：步骤一，对金属试样的表面进行预处理；步骤二，采用冲击装置对金属试样的表面进行连续冲击形变处理；步骤三，将金属试样放入真空退火炉中进行回复处理。本发明方法中冲击处理时可通过调节冲击力大小和频率应用于不同金属的表面形变强化，产生不同厚度强化层，提高了形变强化效果和工作效率，简化了工艺流程，减少投入成本。
【专利说明】
一种金属表面大应力形变强化的装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种金属表面大应力形变强化的装置，还涉及一种金属表面大应力形变强化的方法，属于金属材料表面形变强化技术领域。【背景技术】
[0002]表面剧烈形变方法是针对材料表面失效现象运用较为广泛的材料表面强化技术， 通过施加机械应力在金属表面产生剧烈塑性变形，使表面层力学性能提高，达到表面强化效果。目前较为成熟、应用较多的表面形变强化方法有机械喷丸、滚压、内挤压等，但是在应用中仍然存在许多不足，例如机械喷丸形变强化方法易产生喷丸死角，造成强度不足，不能满足服役条件要求，还带来许多环境污染问题。滚压及内挤压强化方法工艺性较为复杂，不方便应用于小件、小批量件的加工等，废弃料较多，造成经济上的浪费等。此外，这些方法制得的强化层深度较浅(一般低于100M1)、强化程度偏低，同时残余压应力值较小，材料的疲劳强度提高幅度较小。
[0003]综上所述，当前急需一种对金属进行表面形变强化处理的方法，能够进一步提高强化层，且提高工作效率，减少投入成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种金属表面大应力形变强化的装置及方法，解决了现有技术中金属表面形变强化效果低、工艺复杂、效率低、投入成本大的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种金属表面大应力形变强化的装置，其特征是，包括试样夹持装置、冲击杆和数据采集控制器，所述试样夹持装置上设有容纳试样的凹槽，凹槽内水平表面上贴有压力传感器，所述冲击杆垂直设于凹槽的上方，冲击杆的下端设有速度传感器，冲击杆的上端通过固定装置连接驱动冲击杆上下直线运动的马达，所述压力传感器和速度传感器的输出端连接数据采集控制器，数据采集控制器的输出端通过电机调压器连接马达。
[0006]进一步的，所述试样夹持装置上与凹槽相对的两端为活动连接，调节两端距离可以改变凹槽的空间，以适应不同规格的试样。
[0007]进一步的，所述速度传感器紧贴于冲击杆的下端侧壁上。
[0008]进一步的，还包括用于与用户实现交互的交互单元，交互单元连接数据采集控制器。交互单元可采用现有技术中触摸屏，可以显示和设置装置的冲击参数，冲击参数包括冲击的大小和速度。
[0009]进一步的，所述数据采集控制器采用单片机。[〇〇1〇]相应的，本发明还提供了一种金属表面大应力形变强化的方法，其特征是，包括以下步骤:步骤一，对金属试样的表面进行预处理；步骤二，采用冲击装置对金属试样的表面进行连续冲击形变处理；步骤三，将金属试样放入真空退火炉中进行回复处理。
[0011]进一步的，所述金属试样包括碳钢、合金钢或有色金属。
[0012]进一步的，所述预处理包括依次进行砂纸粗磨、细磨、抛光、稀硝酸浸蚀、酒精清洗和晾干处理。
[0013]进一步的，冲击装置采用上述的冲击装置，冲击处理的冲击频率为800?1600Hz，冲击能为2?5J(焦耳)，冲击时间为10?30min。[〇〇14] 进一步的，回复处理的温度为300?600°C，时间为1?3小时。
[0015]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是:1)本发明方法中冲击处理时可通过控制冲击力大小和频率应用于不同金属的表面形变强化，产生不同厚度的强化层，提高了形变强化效果和工作效率，简化了工作流程；2)本发明方法工艺简单，提高工作效率，减少投入成本；3)本发明装置成本低，功耗低，普适性强。【附图说明】
[0016]图1是本发明方法的流程图；图2是本发明装置的结构示意图。
[0017]附图标记:1、速度传感器;2、数据采集控制器;3、马达;4、固定装置;5、冲击杆;6、 压力传感器;7、试样夹持装置。【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0019]如图1所示，本发明的一种金属表面大应力形变强化的方法，其特征是，包括以下步骤:步骤一，对金属试样的表面进行预处理；金属试样包括碳钢、合金钢或有色金属;依次进行砂纸粗磨、细磨、抛光、稀硝酸浸蚀、 酒精清洗和晾干预处理；步骤二，采用冲击装置对金属试样的表面进行连续冲击形变处理；利用冲击装置，对材料表面进行连续冲击剧烈塑性变形处理，不同金属材料的试样所需冲击处理的参数不同，不同的形变强化厚度所需冲击处理的参数也不同，冲击处理时冲击频率为800~1600Hz，冲击能为2?5J(焦耳)，冲击时间为10~30min，所述的冲击装置，如图2 所示，包括试样夹持装置7、冲击杆5和数据采集控制器2，所述试样夹持装置7上设有容纳试样的凹槽，凹槽内水平表面上贴有压力传感器6,所述冲击杆5垂直设于凹槽的上方，冲击杆 5的下端设有速度传感器1，速度传感器1紧贴于冲击杆5的下端侧壁上，冲击杆5的上端通过固定装置4连接驱动冲击杆5上下直线运动的马达3,所述压力传感器6和速度传感器1的输出端连接数据采集控制器2,数据采集控制器2的输出端通过电机调压器连接马达3。所述试样夹持装置7上与凹槽相对的两端为活动连接，调节两端距离可以改变凹槽的空间，以适应不同规格的试样；固定装置4上设有固定冲击杆的卡槽，固定装置随冲击杆一起上下运动，压力传感器6设置在凹槽内水平表面上，冲击时金属试样叠放在压力传感器上，由于金属试样厚度一般为毫米级，较薄，压力传感器能够准确检测金属试样受到的平均压力，检测结果更精确。进一步的，还包括用于与用户实现交互的交互单元，交互单元连接数据采集控制器。交互单元可采用现有技术中触摸屏，可以显示和设置装置的冲击参数，冲击参数包括冲击的大小、速度和时间。所述数据采集控制器采用单片机。
[0020]对金属试样进行表面形变强化处理的过程为，将试样放置紧固在试样夹持装置7 的凹槽内，开启数据采集控制器2,通过交互单元设置冲击处理的冲击能、冲击频率和冲击时间等冲击参数，启动马达3驱动冲击杆5上下运动，对试样进行冲击处理，压力传感器6和速度传感器1采集冲击的压力和上下运动的速度发送给数据采集控制器2,形成反馈，数据采集控制器2根据采集的压力和速度数据，与预设的冲击参数进行对比输出相应控制信号调节电机调压器，以控制马达3的运动，进而调节冲击杆5对试样的冲击力和冲击频率，试样在剧烈压力作用下，金属表面发生剧烈塑性变形，冲击力越大，表面形变强化层厚度越高。 本发明装置结构简单，操作简捷，适用性广，可通过控制冲击力大小应用于不同金属的表面形变强化，提高了工作效率，简化了工作流程，且在对试样作用效果相同的条件下，本装置耗能较小，一次投入性成本小。[〇〇21]步骤三，将金属试样放入真空退火炉中进行回复处理。[〇〇22] 进一步的，回复处理的温度为300?600°C，时间为1?3小时。回复处理使形变后金属表层应力释放、且位错相互运动形成位错胞亚结构。
[0023]本发明方法工艺简单，提高工作效率，减少投入成本。[〇〇24] 实施例一以30mm X 40mm的Q235钢作为试样，实验时将试样放置在试样夹持装置7中固定，开启数据采集控制器2，设定冲击频率为1600Hz，冲击能为2J，启动马达，驱动冲击杆对试样表面进行冲击，冲击时间为30min，之后将试样进行300°C下3h回复处理。经测定，经处理后Q235 钢的表面硬度提高了约40%，抗拉强度提高了约25%，屈服强度提高了约30%，形变强化层厚度约300ym以上。[〇〇25] 实施例2以30mmX40mm的20钢为试样。实验时将试样放置在试样夹持装置7中固定，开启数据采集控制器2,设定冲击频率为800Hz，冲击能为5J，启动马达，驱动冲击杆对试样表面进行冲击，冲击时间为lOmin，之后将试样进行600°C下lh回复处理。经测定，经处理后20钢的表面硬度提高了约42%，抗拉强度提高了约30%，屈服强度提高了约35%，形变强化层厚度约400ym 以上。
[0026]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种金属表面大应力形变强化的装置，其特征是，包括试样夹持装置、冲击杆和数据 采集控制器，所述试样夹持装置上设有容纳试样的凹槽，凹槽内水平表面上贴有压力传感 器，所述冲击杆垂直设于凹槽的上方，冲击杆的下端设有速度传感器，冲击杆的上端通过固 定装置连接驱动冲击杆上下直线运动的马达，所述压力传感器和速度传感器的输出端连接 数据采集控制器，数据采集控制器的输出端通过电机调压器连接马达。2.根据权利要求1所述的一种金属表面大应力形变强化的装置，其特征是，所述试样夹 持装置上与凹槽相对的两端为活动连接，调节两端距离可以改变凹槽的空间，以适应不同 规格的试样。3.根据权利要求1所述的一种金属表面大应力形变强化的装置，其特征是，所述速度传 感器紧贴于冲击杆的下端侧壁上。4.根据权利要求1所述的一种金属表面大应力形变强化的装置，其特征是，还包括用于 与用户实现交互的交互单元，交互单元连接数据采集控制器。5.—种金属表面大应力形变强化的方法，其特征是，包括以下步骤:步骤一，对金属试样的表面进行预处理；步骤二，采用冲击装置对金属试样的表面进行连续冲击形变处理；步骤三，将金属试样放入真空退火炉中进行回复处理。6.根据权利要求5所述的一种金属表面大应力形变强化的方法，其特征是，所述金属试 样包括碳钢、合金钢或有色金属。7.根据权利要求5所述的一种金属表面大应力形变强化的方法，其特征是，所述预处理 包括依次进行砂纸粗磨、细磨、抛光、稀硝酸浸蚀、酒精清洗和晾干处理。8.根据权利要求5所述的一种金属表面大应力形变强化的方法，其特征是，冲击处理的 冲击频率为800?1600Hz，冲击能为2?5J(焦耳)，冲击时间为HKBOmin。9.根据权利要求5所述的一种金属表面大应力形变强化的方法，其特征是，回复处理的 温度为300?600°C，时间为1?3小时。
【文档编号】C21D8/00GK105969961SQ201610359456
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】毛向阳, 杨红艳, 姚瑶, 陈浩, 张庆磊, 王章忠, 张文君
【申请人】南京工程学院, 江苏共昌轧辊股份有限公司