一種低熔點(diǎn)金屬環(huán)向輾摩表面超細(xì)化方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低烙點(diǎn)金屬塑性加工領(lǐng)域，具體是一種低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì) 化方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 侶儀等低烙點(diǎn)金屬在服役環(huán)境下，材料的失穩(wěn)（如疲勞、磨損和腐蝕等）多始于表 面，因此只有在材料表面制備出一定程度的細(xì)化晶粒，即表面超細(xì)化技術(shù)，就可W通過(guò)組織 優(yōu)化提高材料的整體性能和服役行為。目前廣泛應(yīng)用于制備金屬材料表面細(xì)晶材料的方法 有表面機(jī)械研磨處理法、凸輪漉壓法、氣動(dòng)噴丸法和超音速顆粒轟擊法等方法。
[0003] 雖然上述幾種方法都能達(dá)到金屬表面晶粒細(xì)化的目的，但運(yùn)些方法或由于制備技 術(shù)復(fù)雜、成本高或由于對(duì)所制備的材料要求較為嚴(yán)格而受到限制，并且上述制備細(xì)晶材料 的方法多數(shù)通過(guò)在材料表面進(jìn)行反復(fù)的施加載荷，積累足夠大的累積塑性變形量，通過(guò)位 錯(cuò)使得粗晶逐步演化為細(xì)晶，由于加工過(guò)程過(guò)于繁瑣，使得工業(yè)實(shí)際應(yīng)用受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表 面超細(xì)化方法及其裝置，該方法不僅能快速的實(shí)現(xiàn)低烙點(diǎn)金屬的表面細(xì)化，通過(guò)金屬的動(dòng) 態(tài)再結(jié)晶原理使本發(fā)明的方法和裝置進(jìn)行低烙點(diǎn)金屬的表面細(xì)化時(shí)工序更加簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化方法，將低烙點(diǎn)金屬待處理試件加工成圓柱 體狀，使圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件沿旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行自轉(zhuǎn)，沿自轉(zhuǎn)的圓柱體狀的低烙 點(diǎn)金屬待處理試件的母線方向?qū)Φ屠狱c(diǎn)金屬待處理試件進(jìn)行行進(jìn)式表面無(wú)磨。
[0007] 具體的，所述的圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件的自轉(zhuǎn)角速度與行進(jìn)式表面無(wú) 磨的行進(jìn)速度比為2~10;自轉(zhuǎn)角速度的單位為r/min，行進(jìn)速度單位為mm/min。
[0008] 更具體的，對(duì)低烙點(diǎn)金屬待處理試件進(jìn)行行進(jìn)式表面無(wú)磨時(shí)的壓下量為0.2~ 1 2inm O
[0009] 還有，所述的低烙點(diǎn)金屬為AZ31儀合金，對(duì)AZ31儀合金待處理試件進(jìn)行行進(jìn)式表 面無(wú)磨時(shí)的壓下量為0.2~1mm。
[0010] 另外，進(jìn)行行進(jìn)式表面無(wú)磨的單位無(wú)磨面積與圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件 的側(cè)面積的面積比為1:4~24。
[0011] 實(shí)現(xiàn)所述的低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化方法的裝置，包括試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu) 件、控壓無(wú)磨構(gòu)件、冷卻構(gòu)件和豎向進(jìn)給構(gòu)件，試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件用于夾緊圓柱體狀的低烙 點(diǎn)金屬待處理試件并控制其沿旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行自轉(zhuǎn)，控壓無(wú)磨構(gòu)件在豎向進(jìn)給構(gòu)件的帶動(dòng)下沿 圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件的母線方向進(jìn)行行進(jìn)式無(wú)磨，冷卻構(gòu)件對(duì)加工過(guò)程中的 圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件進(jìn)行冷卻。
[0012] 具體的，所述的控壓無(wú)磨構(gòu)件包括無(wú)磨頭和與無(wú)磨頭同軸連接的壓力器，壓力器 通過(guò)壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行控制;壓力器與豎向進(jìn)給構(gòu)件的移動(dòng)端垂直固定連接。
[0013] 更具體的，所述的無(wú)磨頭的無(wú)磨面為弧形面，弧形面的弧度為^~^。
[0014] 進(jìn)一步的，所述的試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件包括=棘爪和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，=棘爪夾緊圓柱體 狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)=棘爪與圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件一 起沿旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行自轉(zhuǎn)。
[0015] 更進(jìn)一步的，所述的試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件還包括頂針，頂針位于=棘爪的上方，=棘 爪將圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件的一個(gè)底面端夾緊，頂針在圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬 待處理試件的另一個(gè)底面頂緊。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1、本發(fā)明提出了一種低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化方法，該方法主要通過(guò)自轉(zhuǎn) 的圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件與沿母線方進(jìn)行行進(jìn)式表面無(wú)磨的雙向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的 方式實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬表面的細(xì)化，甚至是超細(xì)化，低烙點(diǎn)金屬材料表面在受到壓力和表面切向 的摩擦力共同作用時(shí)，摩擦切向力使得金屬表面晶粒破碎，且由于材料受到的切應(yīng)力為面 切應(yīng)力，使得材料沿著切向塑性變形提高，達(dá)到細(xì)化表面的目的；同時(shí)材料發(fā)生劇烈塑性變 形，較大的摩擦熱使得金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，達(dá)到進(jìn)一步晶粒細(xì)化的目的；不僅減少了加工 次數(shù)，且增加了細(xì)化程度，通過(guò)金屬的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為來(lái)達(dá)到目的；
[0018] 2、相比傳統(tǒng)的金屬表面細(xì)化方式，本發(fā)明的加工方式更加簡(jiǎn)單，成本低，利于工業(yè) 化應(yīng)用；
[0019] 3、本發(fā)明還給出了專口用于實(shí)現(xiàn)低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化方法的裝置，該 裝置主要通過(guò)夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件、控壓無(wú)磨構(gòu)件、冷卻構(gòu)件和豎向進(jìn)給構(gòu)件實(shí)現(xiàn)試件的自轉(zhuǎn)和 行進(jìn)式無(wú)磨的雙向運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件用于夾緊圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理 試件并控制其沿旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行自轉(zhuǎn)，控壓無(wú)磨構(gòu)件在豎向進(jìn)給構(gòu)件的帶動(dòng)下沿圓柱體狀的低 烙點(diǎn)金屬待處理試件的母線方向進(jìn)行行進(jìn)式無(wú)磨，冷卻構(gòu)件對(duì)加工過(guò)程中的圓柱體狀的低 烙點(diǎn)金屬待處理試件進(jìn)行冷卻；
[0020] 4、另外，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化方法的裝置中的無(wú)磨頭與 試件的配合是面配合，無(wú)摩頭在壓力的作用下壓入一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的待處理試件的表面，材 料表面在受到壓力和表面的切向的摩擦力共同作用，摩擦切向力使得金屬表面晶粒破碎， 由于材料受到的切應(yīng)力為面切應(yīng)力，使得材料沿著切向塑性變形提高，材料達(dá)到細(xì)化的目 的。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為圖1的娠磨頭與試件的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；
[0023] 圖3為環(huán)向無(wú)摩頭表面的花紋，圖中的A、B和C分別表示=種不同的花紋；
[0024] 圖4為本發(fā)明的無(wú)摩頭在圓柱形加工件表面對(duì)應(yīng)的弧度W示意圖，圖中D表示圓柱 體狀試件的直徑，圖中的圓形表示圓柱體狀試件的橫向剖面圖；
[0025] 圖5為實(shí)施例一中試件加工前的金相組織圖；
[00%]圖6為實(shí)施例一中試件加工后的金相組織圖；
[0027]圖7為實(shí)施例二中試件加工后的金相組織圖；
[00%]圖8為實(shí)施例S中試件加工前的表面透射顯微照片；
[0029] 圖9為實(shí)施例S中試件加工后的表面透射顯微照片；
[0030] 圖巧P2中各標(biāo)號(hào)表示為：1-無(wú)磨頭、2-固定套筒、3-壓力器、4-壓力控制系統(tǒng)、5-第 一保護(hù)罩、6-豎向進(jìn)給馬達(dá)、7-旋轉(zhuǎn)馬達(dá)、8-S棘爪、9-工作臺(tái)、10-低烙點(diǎn)金屬待處理試件、 11-第二保護(hù)罩、12-頂針、13-冷卻構(gòu)件；
[0031] W下結(jié)合說(shuō)明書附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做具體說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明的一種低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化方法，包括將低烙點(diǎn)金屬待處理試 件加工成圓柱體狀，使圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件沿旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行自轉(zhuǎn)，沿自轉(zhuǎn)的圓 柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件的母線方向?qū)Φ屠狱c(diǎn)金屬待處理試件進(jìn)行行進(jìn)式表面無(wú) 磨;低烙點(diǎn)金屬材料表面在受到壓力和表面切向的摩擦力共同作用時(shí)，摩擦切向力使得金 屬表面晶粒破碎，且由于材料受到的切應(yīng)力為面切應(yīng)力，使得材料沿著切向塑性變形提高， 達(dá)到細(xì)化表面的目的；同時(shí)材料發(fā)生劇烈塑性變形，較大的摩擦熱使得金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié) 晶，達(dá)到進(jìn)一步晶粒細(xì)化的目的。
[0033] 在加工過(guò)程中，低烙點(diǎn)金屬待處理試件的旋轉(zhuǎn)角速度和行進(jìn)式表面無(wú)磨的行進(jìn)速 度應(yīng)該保持在一定范圍內(nèi)，因?yàn)樾D(zhuǎn)角速度過(guò)大，會(huì)加大摩擦熱量，熱輸入量過(guò)大會(huì)使得金 屬晶粒粗化；同時(shí)行進(jìn)式表面無(wú)磨的行進(jìn)速度過(guò)大時(shí)，由于移動(dòng)速度過(guò)快，熱輸入量減少， 使得加工件表面產(chǎn)生缺陷，成型性不好。根據(jù)發(fā)明人研究經(jīng)驗(yàn)，圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處 理試件的自轉(zhuǎn)角速度與行進(jìn)式表面無(wú)磨的行進(jìn)速度比為2~10時(shí)，可W有效保證加工過(guò)程 中金屬表面成型性和金屬細(xì)化程度；自轉(zhuǎn)角速度的單位為rad/s，行進(jìn)速度單位為mm/min。
[0034] 進(jìn)行行進(jìn)式表面無(wú)摩的單位無(wú)摩面積與圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件的側(cè) 面積的面積比為1:4~24。
[0035] 結(jié)合圖1和2,本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)低烙點(diǎn)金屬環(huán)向無(wú)摩表面超細(xì)化方法的裝置包括試件 夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件、控壓無(wú)磨構(gòu)件、冷卻構(gòu)件13和豎向進(jìn)給構(gòu)件，試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件用于夾緊圓 柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件10并控制其沿旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行自轉(zhuǎn)，控壓無(wú)磨構(gòu)件在豎向進(jìn)給 構(gòu)件的帶動(dòng)下沿圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件10的母線方向進(jìn)行行進(jìn)式無(wú)磨，冷卻構(gòu) 件13對(duì)加工過(guò)程中的圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件10進(jìn)行冷卻。
[0036] 其中，控壓無(wú)磨構(gòu)件包括無(wú)磨頭1和依次與無(wú)磨頭1同軸連接的固定套筒2、壓力器 3和壓力控制系統(tǒng)4,無(wú)磨頭1通過(guò)固定套筒2安裝在壓力器3上，壓力器3通過(guò)壓力控制系統(tǒng)4 進(jìn)行控制;壓力器3與豎向進(jìn)給構(gòu)件的移動(dòng)端垂直固定連接。豎向進(jìn)給構(gòu)件包括豎向進(jìn)給馬 達(dá)6,在進(jìn)行試件的無(wú)磨時(shí)，通過(guò)壓力系統(tǒng)4控制壓力器3給予無(wú)磨頭1的壓下量，再通過(guò)豎向 進(jìn)給馬達(dá)6控制無(wú)磨頭1在待處理試件表面沿母線方向來(lái)回行進(jìn)的速度;在豎向進(jìn)給構(gòu)件外 設(shè)置密封的第一保護(hù)罩5,保護(hù)豎向進(jìn)給構(gòu)件的操作過(guò)程;無(wú)摩頭1和待處理試件的配合是 面配合，無(wú)摩頭1在壓力的作用下壓入一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的待處理試件的表面，材料表面在受到 壓力和表面的切向的摩擦力共同作用，摩擦切向力使得金屬表面晶粒破碎，由于材料受到 的切應(yīng)力為面切應(yīng)力，使得材料沿著切向塑性變形提高，材料達(dá)到細(xì)化的目的；同時(shí)材料發(fā) 生劇烈塑性變形，較大的摩擦熱使得金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，達(dá)到晶粒細(xì)化的目的。同時(shí)強(qiáng)制 冷卻作用使得金屬的表面晶粒細(xì)化程度提