一種低熔點(diǎn)金屬電致塑性環(huán)向輾摩超細(xì)化方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬塑性加工領(lǐng)域，具體設(shè)及一種低烙點(diǎn)金屬電致塑性環(huán)向無(wú)摩超細(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)化提高低烙點(diǎn)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)金屬電致塑性環(huán) 向無(wú)摩超細(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)，同時(shí)采用電塑性原理，提高的娠壓時(shí)金屬的成型性，使得非基面滑移系啟動(dòng)，使得金屬 塑性提高。
[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)金屬電致塑性環(huán)向無(wú)摩超細(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)摩;還對(duì)低 烙點(diǎn)金屬待處理試件提供脈沖電流。
[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) 摩的行進(jìn)速度比為2~10;自轉(zhuǎn)角速度的單位為r/min，行進(jìn)式表面無(wú)摩的行進(jìn)速度單位為 mm/min;所述的脈沖電流為30訊2~12〇3ib2A，b表示圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件的底 面半徑，脈沖電流的周期為50監(jiān)~100監(jiān)。
[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)摩時(shí)的壓下量為0.2~ 1 2γπιτι 〇
[0009] 還有，所述的低烙點(diǎn)金屬為ΑΖ31儀合金，對(duì)ΑΖ31儀合金待處理試件進(jìn)行行進(jìn)式表 面無(wú)摩時(shí)的壓下量為0.2~0.8mm。
[0010] 另外，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。
[0011] 實(shí)現(xiàn)所述的低烙點(diǎn)金屬電致塑性環(huán)向無(wú)摩超細(xì)化方法的裝置，包括試件夾緊自轉(zhuǎn) 構(gòu)件、控壓無(wú)摩構(gòu)件、冷卻構(gòu)件、豎向進(jìn)給構(gòu)件和脈沖供電構(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)摩構(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)摩，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，脈沖供電構(gòu)件給低烙點(diǎn)金 屬待處理試件提供脈沖電流。
[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 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] 另外，所述的試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件包括Ξ棘爪和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，Ξ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)Ξ棘爪圓柱體狀的低烙點(diǎn)金屬待處理試件一起沿旋 轉(zhuǎn)面進(jìn)行自轉(zhuǎn)。
[0015] 還有，所述的試件夾緊自轉(zhuǎn)構(gòu)件還包括頂針，頂針位于Ξ棘爪的上方，Ξ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)明采用的低烙點(diǎn)金屬電致塑性環(huán)向無(wú)摩超細(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；不需要累積的應(yīng) 變量，不需要通過(guò)位錯(cuò)和李晶及其交互作用的逐步演化來(lái)控制金屬晶粒的細(xì)化，而是通過(guò) 金屬的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為來(lái)達(dá)到目的。另外配合電塑性原理，提高的娠壓時(shí)金屬的成型性，使 得非基面滑移系啟動(dòng)，使得金屬塑性提高，在一定程度上使得金屬表面在細(xì)化工程中的加 工效率、表面細(xì)化程度W及表面成型性得W提高；
[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?？谟糜趯?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、豎向進(jìn)給構(gòu)件和脈沖供電構(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，脈沖供電構(gòu)件給低烙點(diǎn)金屬待處理試件提供 脈沖電流；
[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)金屬電致塑性環(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的無(wú)摩頭與試件的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；
[0023] 圖3為無(wú)摩頭表面的花紋，圖中的A、B和C分別表示Ξ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Ψ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后金相組織圖；
[00%]圖6為實(shí)施例二中試件加工前的表面透射顯微照片；
[0027] 圖7為實(shí)施例二中試件加工后的表面透射顯微照片；
[0028] 圖8為對(duì)比例一種試件的加工后金相組織圖；
[0029] 圖1和2中各標(biāo)號(hào)表示為：1-無(wú)摩頭、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-Ξ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、14-Ξ棘爪導(dǎo)電刷、15-脈沖電源、16-試件導(dǎo)電刷；
[0030] 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】
[0031] 本發(fā)明的一種低烙點(diǎn)金屬電致塑性環(huán)向無(wú)摩超細(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)摩;還對(duì)低烙點(diǎn)金屬待處理試件提供脈沖電流。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;在對(duì)低烙 點(diǎn)金屬表面進(jìn)行環(huán)向無(wú)摩時(shí)輔助W高能脈沖電流，電流會(huì)對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生電子風(fēng)力作用，使得 位錯(cuò)相其容易運(yùn)動(dòng)的方向移動(dòng)，降低材料的變形抗力，使得材料的塑性成型性大幅度提高， 運(yùn)個(gè)現(xiàn)象稱為電致塑性現(xiàn)象，采用電塑性原理，提高的娠壓時(shí)金屬的成型性，使得非基面滑 移系啟動(dòng)，使得金屬塑性提高，在一定程度上使得金屬表面在細(xì)化工程中的加工效率、表面 細(xì)化程度W及表面成型性得W提高。
[0032] 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)摩的行進(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)摩的行進(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)摩的行進(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r/min，行進(jìn)速度單位為mm/min。
[0033] 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。
[0034] 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)摩構(gòu)件、冷卻構(gòu)件13、豎向進(jìn)給構(gòu)件和脈沖供電構(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)摩 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)摩，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10進(jìn)行冷卻，脈沖 供電構(gòu)件給低烙點(diǎn)金屬待處理試件提供脈沖電流。
[0035] 脈沖供電構(gòu)件包括串聯(lián)的Ξ棘爪導(dǎo)電刷14、脈沖電源15和試件導(dǎo)電刷16,通過(guò)脈 沖電源15同時(shí)給Ξ棘爪導(dǎo)電刷14和試件導(dǎo)電刷16脈沖電流，Ξ棘爪導(dǎo)電刷14的脈沖電流輸 送給Ξ棘爪8,試件導(dǎo)電刷16的脈沖電流輸送給待處理試件，采用電塑性原理，提高無(wú)摩時(shí) 金屬成型性的同時(shí)，使得非基面滑移系啟動(dòng)，使得金屬塑性提高，在一定程度上使得金屬表 面在細(xì)化工程中的加工效率、表面細(xì)化程度W及表面成型性得W提高。
[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)