[发明专利]一种钢铁材料表面纳米化的方法无效
申请号: | 201010621295.6 | 申请日: | 2010-12-24 |
公开(公告)号: | CN102560078A | 公开(公告)日: | 2012-07-11 |
发明(设计)人: | 朱其芳;孙泽明;马通达;樊志罡;王福生;张东晖 | 申请(专利权)人: | 北京有色金属研究总院 |
主分类号: | C21D10/00 | 分类号: | C21D10/00;C21D7/04 |
代理公司: | 北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246 | 代理人: | 童晓琳 |
地址: | 100088*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 钢铁 材料 表面 纳米 方法 | ||
技术领域
本发明属于钢铁材料表面纳米化技术领域,特别涉及一种钢铁材料表面纳米化的方法。
背景技术
用强塑性重复变形的方法和相当大的变形速度处理工件表面,使材料表层致密化至纳米化的梯度结构,由于表面形成较大应力的压应力层。这一压应力层具有闭合原有微裂纹的作用,并且给裂纹萌生和扩展增加了较大的阻力,有效的克制疲劳裂纹的生成和扩展,使材料疲劳强度的显著增加。目前,表面纳米化的技术生成的纳米层厚度约为10微米,梯度变形层厚度约为500微米。目前可以对任何需要耐磨的轴类,轮子,轧辊等都可以应用这种表面纳米化的技术。
经过引进纳米技术,我院对钢材、铝、钛合金有色金属材料进行纳米化实验和研究。我们发现,表面纳米化技术可用于黑色金属和有色金属材料工件表面的强化处理,它提高黑色金属和有色金属材料表面硬度、耐磨性和疲劳强度。所以纳米化技术的应用前景是久远的、范围是广泛的、经济效益和节能减减排的作用是不可估量的。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢铁材料表面纳米化的方法。
一种钢铁材料表面纳米化的方法,其特征在于该方法包括如下步骤:
(1)采用去除材料的方式将待处理工件表面粗糙化,使表面粗糙度Ra控制在6.0~7.0μm之间;优选的表面粗糙度Ra为6.3μm;
(2)将经表面粗糙化的待处理工件安装于机床主轴上,采用超声波表面强化处理装置对待处理工件沿轴向等速密排处理,其中,超声波表面强化处理装置冲头进给量为0.05~0.07mm/r,加工线速度为15~20m/min。
所述冲头进给量优选0.06mm/r。所述加工线速度为优选20m/min。
所述超声波表面强化处理装置使用超声频率为18~24Hz。
所述超声波表面强化处理装置使用功率为280~320W。
所述超声波表面强化处理装置输出端振幅为15~25μm。
所述超声波表面强化处理装置对待处理工件往返加工两次。
所述待处理工件优选60#车轮钢。
本发明的有益效果为:
表面纳米化处理对机车车轮轮缘的综合作用:
a.增加机车车轮轮缘的表面硬度;
b.降低机车车轮轮缘的粗糙度;
c.增加机车车轮轮缘的磨损抗力;
d.晶粒逐渐变小,形成从基体到表面的梯度结构,不改变材料金相组织;
e.具有均匀的残余压应力层,疲劳寿命提高;
f.减小机车车轮对轨道的磨损.简便易行、能耗小;
g.工艺设备尺寸小、耗能少、简便易行。
附图说明
图1是纳米表面化处理工件图示;
图2是超声处理后,国产60#车轮钢梯度细化的晶粒结构;
图中标号:1-工件;2-震动头;3-车床卡盘;4-车床心轴顶针;5-震动头架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
采用的超声震动原理,超声波表面强化处理装置采用专利申请号为200820109136.6(公开号CN201212054)的设备。这种表面处理设备的特点是功率高、持久稳定,可连续工作几十小时以上。
实施例1
对60#车轮钢表面纳米化的方法,其包括如下步骤:
(1)在车床上将待处理工件表面粗糙化,使表面粗糙度Ra控制在6.3μm;
(2)将经表面粗糙化的待处理工件安装于机床主轴上,采用超声波表面强化处理装置对待处理工件沿轴向等速密排处理,其中,超声波表面强化处理装置冲头进给量为0.06mm/r,加工线速度为20m/min。
超声波表面强化处理装置使用超声频率为22Hz,使用功率为300W。
所述超声波表面强化处理装置输出端振幅为20μm。
所述超声波表面强化处理装置对待处理工件往返加工两次。
以下为经过上述方法加工后的60#车轮钢各项指标的检测及结果。
(一)、纳米化表层呈梯度细化的晶粒结构检验结果:
对国产60#车轮钢梯度细化的晶粒结构检验结果,其结果如图2所示。从图中可以看出60#车轮钢纳米化表层呈梯度细化的晶粒结构。
(二)、纳米化处理后表层显微硬度试验结果
对国产60#车轮钢纳米化处理后表层显微硬度试验结果,见表一。
表一.车轮钢纳米化处理后表层显微硬度试验结果
(三)纳米化处理后摩擦磨损试验结果
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