[发明专利]一种磁轭拉杆的表面强化方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面强化技术领域。具体涉及一种磁轭拉杆的表面强化方法。

背景技术

在发电和电力输送中，电能与动能间转换也是一项核心的关键技术。涉及材料方面就有发电机定子与转子材料、电动机定子与转子材料和变压器芯片，它们一般由许多冲压成型后的硅钢片叠装而成，每片硅钢片之间缝隙要求很小，否则定子或铁芯中铁损大，机组能量损耗大，能量转换率低，并容易发热使机组不能稳定、高效和安全的工作。

一般采用磁轭拉杆固定和张紧硅钢片，使软磁材料铁芯中硅钢片间无缝隙而叠装系数好，使磁轭拉杆长期承受拉应力以压紧硅钢片；硅钢片因磁致伸缩而在交变磁场中尺寸与形状会发生变化，使磁轭拉杆受到较大的交变应力。因此，对磁轭拉杆的性能要求除强度高和韧性好外，还有尺寸精度高(利于硅钢片的叠装)、外观光滑不损伤硅钢片的绝缘涂层和疲劳性能优良。

磁轭拉杆的性能关系到发电机组、机械设备和电网的安全高效运行，国外一些国家选用的材料为低合金中碳钢，组织多为调质处理；国内加工则采用拉拔、磨削的工艺路线，表面强化一般采用渗氮或喷丸处理，加工的产品尺寸精度不足，强度或疲劳性能不能满足用户的使用要求，而且生产效率低。尤其是在加工过程中表面的一些划伤、微裂纹等显微缺陷，在磨削及其随后工序得不到修复，现有技术对零件表层组织结构的改善有限，其性能常不能满足现场的要求。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种磁轭拉杆的表面强化方法，该方法可直接利用现有轧机、成本低、工艺简单易行、生产效率高和安全环保；采用该方法能使产品表层引入残余压应力，表层微裂纹得到修复，尺寸精度、表面光洁度和服役寿命提高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将磁轭拉杆的坯料进行调质热处理，再车削到磁轭拉杆的指定尺寸，然后采用两辊轧机对车削后的磁轭拉杆表层进行纳米结构强化的碾压塑性变形处理。

纳米结构强化的碾压塑性变形处理是：轧辊以15～50转/分相对转动，上下轧辊间夹角为10～26°，上下轧辊同时对磁轭拉杆沿与轧辊轴向的垂直方向碾压，碾压1～5次，磁轭拉杆的步进速度为10～30m/min。

上述技术方案中：两辊轧机的总压下量为0.01～0.04mm。磁轭拉杆的坯料材质为中碳钢、低碳钢和低合金中碳钢中的一种，形状为长杆轴类。

由于采用上述技术方案，本发明改进杆状调质零件的加工技术，车削后再以滚代磨，直接利用现有两辊轧机并调节工艺参数对车削后的磁轭拉杆表层进行碾压，不增加新设备，故成本低、设备简单；用碾压滚动方式对车削后的磁轭拉杆进行表面纳米亚结构强化处理，使表层引入残余压应力并形成纳米结构而改善其强度或疲劳性，使表层微裂纹能得到修复、尺寸精度和光洁度得到提高，因而工艺简单易行，生产效率高和安全环保。

上下轧辊同时对车削后的磁轭拉杆进行一定速度的滚动碾压，车削后的磁轭拉杆与轧辊之间摩擦力大，其表层受摩擦力同时又受压应力，引入大量残余压应力，这能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，修复表层微裂纹，提高零件的疲劳强度，使表面组织致密，增加磁轭拉杆的抗疲劳性能和耐腐蚀性。表层组织在大的压应力下，诱导析出纳米析出强化相，进一步强化材料。表面粗糙度可下降到0.16μm。

上下轧辊的碾压强化了磁轭拉杆的表面，塑性变形纳米结构强化处理塑性变形处理，即磁轭拉杆表面沿着与轧辊轴线垂直方向因轧辊给予的扭转力而发生强变形，对磁轭拉杆的整体性能不影响，使磁轭拉杆表层形成厚28～60μm的纳米结构组织，表层到心部材料的组织和性能均成连续梯度分布。

上下轧辊对车削后的磁轭拉杆施以碾压，使其径向尺寸缩小，可在0.1～0.4mm范围内调整，产品尺寸精度高。

上下轧辊对磁轭拉杆表层不同方向实施作用，使磁轭拉杆材料表层在施力方向发生塑性变形，引入大量非平衡缺陷和晶粒中亚晶界面缺陷急剧上升，这样使亚晶界成为晶界，使晶粒细化成纳米晶粒；调整轧辊间角度可形成尺寸可控的纳米晶粒和大量孪晶，使磁轭拉杆表层快速形成纳米结构的组织，从而改善磁轭拉杆的表层强度和磁轭拉杆的整体的韧性与疲劳性能，表面光洁度提高。组织中微裂纹也被相对方向碾压缝合，修复表面缺陷，强化产品的表面，提高服役寿命。

本发明的表面强化技术与现有的磁轭拉杆表面强化技术相比，特点在于碾压过程中磁轭拉杆表层结构自纳米化，通过对车削后的磁轭拉杆碾压，满足了材料同时具有高强度、高疲劳强度、高塑韧性和优良的综合力学性能要求。

因此，本发明具有成本低、工艺简易、设备简单、安全环保的特点，是一种低碳经济下的可持续发展的材料表面强化方法。