[發(fā)明專利]一種射流空化提高曲面材料表面硬度的工藝方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010872052.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112159890B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海霞;陳金豪;劉光磊;郭順;鄧濯;陳杰;曹宇豪;康燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D7/06
• 分類號(hào): C21D7/06
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本發(fā)明屬于金屬材料表面強(qiáng)化領(lǐng)域，涉及一種射流空化提高曲面材料表面硬度的工藝方法。將金屬材料機(jī)械加工成固定結(jié)構(gòu)的曲面試樣。利用電解拋光和超聲清洗對(duì)曲面試樣進(jìn)行預(yù)處理。將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的金屬材料固定在空化腔中，并以雙層環(huán)形噴嘴對(duì)曲面試樣進(jìn)行淹沒(méi)水射流空化處理。將射流空化后和經(jīng)過(guò)預(yù)處理但未經(jīng)過(guò)射流空化處理的金屬材料分別進(jìn)行硬度測(cè)試，加載載荷2.94N，保壓15s。利用本發(fā)明所述對(duì)金屬試樣進(jìn)行水射流空化強(qiáng)化處理之后，材料表面的硬度相比未經(jīng)過(guò)射流空化強(qiáng)化處理的試樣都有明顯的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種射流空化提高曲面材料表面硬度的工藝方法，屬于金屬材料表面強(qiáng)化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

曲面結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于食品、石油化工、汽車、船舶和海洋工程等各個(gè)領(lǐng)域，比如泵葉輪、螺旋槳、車身覆蓋件的成形模具、齒輪和飛機(jī)的渦輪葉片等，在這些領(lǐng)域中銅及銅合金等有色金屬和不銹鋼等金屬材料因其特有的金屬特性有著廣泛的應(yīng)用，但是隨著工業(yè)的發(fā)展，這些金屬材料的硬度已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代工業(yè)的要求，所以改善曲面材料的表面性能，提高曲面材料表面硬度成為許多學(xué)者研究的重點(diǎn)。

目前工業(yè)領(lǐng)域存在著許多改善表面性能的方法。比如機(jī)械噴丸強(qiáng)化、擠壓滾壓強(qiáng)化、激光熔覆、熱處理、表面涂鍍、PVD和CVD等，均可以使材料表面硬度提高，但經(jīng)機(jī)械噴丸強(qiáng)化和擠壓滾壓強(qiáng)化方法強(qiáng)化的零件會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中，表面粗糙度大，變形不均勻。表面涂鍍、PVD和CVD等技術(shù)也有缺點(diǎn)，其基體和界面結(jié)合強(qiáng)度低，容易使表面發(fā)生剝落和剝蝕。激光熔覆和熱處理技術(shù)在加工過(guò)程中會(huì)使工件產(chǎn)生局部過(guò)熱，使基體發(fā)生再結(jié)晶和晶粒粗化，影響基體的原始性能。

空化水射流因操作簡(jiǎn)單、環(huán)保、效率高等優(yōu)點(diǎn)被引用到改變材料表面性能領(lǐng)域中。與其它強(qiáng)化方法相比，射流空化可以直接對(duì)曲面材料進(jìn)行處理，避免了固體碰撞，強(qiáng)化后表面更加光滑。使用循環(huán)水更加環(huán)保，操作簡(jiǎn)單便于提高工作效率。在空化射流強(qiáng)化過(guò)程中，由于空泡破裂時(shí)產(chǎn)生微射流沖擊和激波沖擊，能量高度集中，從而在物體表層引入殘余應(yīng)力，獲得理想的晶體結(jié)構(gòu)，從而提高材料表面的硬度。射流空化強(qiáng)化屬于材料表面處理及改性技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：使用淹沒(méi)水射流空化裝置對(duì)曲面材料表面進(jìn)行射流空化強(qiáng)化，以提高其表面硬度，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的：

一種射流空化提高曲面材料表面硬度的工藝方法，具體過(guò)程如下：

步驟(1)：曲面試樣的制備。

將金屬材料機(jī)械加工成固定結(jié)構(gòu)的曲面試樣；

步驟(2)：對(duì)金屬材料表面進(jìn)行預(yù)處理。

用無(wú)水乙醇或者丙酮對(duì)金屬材料的表面用超聲波清洗儀清洗，以除去金屬表面由于機(jī)加工留下的油污及灰層；然后利用電解拋光對(duì)曲面進(jìn)行打磨拋光，保證金屬材料的表面呈鏡面效果；再用酒精超聲清洗以清洗由拋光處理遺留在金屬表面的電解拋光液及其他雜質(zhì)，使用吹風(fēng)機(jī)將金屬表面吹干，待射流空化處理使用；

步驟(3)：淹沒(méi)水射流空化處理過(guò)程。

將步驟(2)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的金屬材料放置在支架上，通過(guò)將支架固定在空化腔外壁上，使金屬材料固定在空化腔內(nèi)部，并以雙層環(huán)形噴嘴對(duì)曲面進(jìn)行淹沒(méi)水射流空化處理。

其中，

步驟(1)中，所述曲面試樣的曲面設(shè)計(jì)為凸面或凹面，凸面的曲率半徑范圍為6-36mm；凹面的曲率半徑范圍為7-36mm。

步驟(2)中，用無(wú)水乙醇或者丙酮對(duì)金屬材料的表面清洗時(shí)，清洗時(shí)間為15min；用酒精超聲清洗時(shí)，清洗時(shí)間為15min。

步驟(3)中，所述淹沒(méi)水射流空化處理的具體參數(shù)如下：射流方向與空化腔軸線夾角為90°，噴嘴直徑0.3-0.5mm，工作溫度為15-30℃，射流壓力為3-25MPa，空化腔內(nèi)部壓力為0.18-0.38MPa，試樣距離噴嘴出口的距離為3-22mm。