[發明專利]一種金屬表層低溫機械強化方法及裝置

在審

• 申請號: 202110307653.4
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113106221A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 顏培;孫婕;王玉彬;王西彬;焦黎;仇天陽;趙文祥;周天豐;劉志兵;解麗靜;趙斌;梁志強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06;C21D6/04;C22F1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;郭德忠

本發明公開了一種金屬表層低溫機械強化方法及裝置，該金屬表層低溫機械強化方法包括：對待強化處理的工件表面進行低溫處理，使工件表面形成降溫層；在保持對工件表面進行低溫處理的同時，對工件表面進行強化處理。上述低溫機械強化方法能夠降低表面粗糙度，減少表面缺陷，提高疲勞強度和服役壽命，實現金屬表面狀態的主動控制。

技術領域

本發明涉及表面強化技術領域，具體涉及一種金屬表層低溫機械強化方法及裝置。

背景技術

表面強化技術是改善零件抗疲勞性能的重要途徑之一，由于高效、低成本且無污染，在航空航天、車輛以及艦船等運載機械的零部件制造過程中得到了廣泛應用。表面機械強化作為一種表面處理工藝，其原理是在外力的連續或斷續作用下，材料表層金屬發生塑性變形，在工件近表層形成殘余壓應力，產生加工硬化和顯微組織變化等，從而提高疲勞裂紋萌生和擴展抗力，延長疲勞壽命。

表面機械強化工藝主要有滾壓強化、噴丸強化和激光沖擊強化等，不同的工藝方式達到的強化效果不同。滾壓強化能顯著降低表面粗糙度，但對引入殘余壓應力作用較??；噴丸強化過程中，被強化材料的受力方向是單一的，導致表層塑性變形量較小，形成的殘余壓應力層深度較淺；激光沖擊強化是利用工件表層覆蓋的吸收層吸收激光能量而爆炸，使材料產生劇烈的塑性變形，可以產生更大深度的殘余壓應力，但不利于降低零件的表面粗糙度。由此看來，單一的表面強化處理對提升材料表層性能具有一定的局限性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種金屬表層低溫機械強化方法及裝置，該金屬表層低溫機械強化方法能夠降低表面粗糙度，減少表面缺陷，提高疲勞強度和服役壽命，實現金屬表面狀態的主動控制。

本發明采用以下具體技術方案：

本發明提供了一種金屬表層低溫機械強化方法，該金屬表層低溫強化方法包括以下步驟：

對待強化處理的工件表面進行低溫處理，使工件表面形成降溫層；

在保持對工件表面進行低溫處理的同時，對工件表面進行強化處理。

更進一步地，采用金屬表層低溫機械強化裝置對待強化處理的工件表面進行低溫處理；

所述金屬表層低溫機械強化裝置包括固定支架、低溫介質容器、低溫介質輸送管、噴環、多個噴嘴、強化處理機構以及工件夾持機構；

所述固定支架用于支承所述噴環和所述強化處理機構；

所述低溫介質容器用于存儲低溫介質；

所述低溫介質輸送管連接于所述低溫介質容器和所述噴環之間，用于將所述低溫介質容器存儲的低溫介質輸送到所述噴環的內部流道；

所述噴環設置于工件的外周側；

所述噴嘴可拆卸地安裝于所述噴環，并與所述噴環的內部流道連通，用于將低溫介質噴向工件表面；

所述強化處理機構用于對工件的表面進行強化處理；

所述工件夾持機構用于夾持工件。

更進一步地，在對待強化處理的工件表面進行低溫處理之前，還包括：

安裝所述金屬表層低溫機械強化裝置，將所述噴環套設于工件的外周側，使所述噴嘴的出口朝向工件表面，并根據工件的形狀設置所述噴嘴的位置和數量。

更進一步地，所述金屬表層低溫機械強化裝置還包括安裝于所述低溫介質輸送管的流量計和控制閥。

更進一步地，在保持低溫處理的同時對工件進行強化處理時，強化處理工藝采用滾壓強化、噴丸強化或激光沖擊強化。

更進一步地，所述強化處理機構包括安裝于所述固定支架的刀架和安裝于所述刀架的滾壓刀具。