[发明专利]一种具有优异综合高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构

权利要求书

1.一种具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：对金属材料进行表面机械处理，使其表层粗晶产生塑性变形并形成梯度纳米结构；所形成的梯度纳米结构使金属材料的高周和低周疲劳性同步提高，梯度纳米结构的厚度大于50微米且小于等于220微米；所述金属材料为纯铜；

采用表面机械处理系统对金属材料进行表面塑性变形，所述表面机械处理系统包括处理刀具和冷却系统，刀具的刀头部分为硬质合金球；处理过程采用液氮气氛冷却，以减小处理过程中样品表面的温升；

所述表面机械处理的过程为：金属材料回转件沿自身轴向旋转，处理刀具的硬质合金球与金属材料表面接触并压入一定深度，然后沿金属材料回转件表面从工件的一端运动到另一端，完成一个道次处理；重复上述过程若干道次后，在金属材料表面形成梯度纳米结构层；所述表面机械处理的过程中，金属材料回转件的转速为400-800r/min，处理刀具沿金属材料回转件轴向的进给速度为40-80mm/min，每个处理道次中硬质合金球刀头在材料表面的压入深度为20-60μm，加工道次为1-12。

2.根据权利要求1所述的具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：所述金属材料经表面机械处理后，表面为纳米晶，芯部为原始粗晶，表面与芯部之间的过渡区域为变形结构，金属材料晶粒尺寸由最表面的纳米尺度梯度过渡为芯部微米尺度。

3.根据权利要求1所述的具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：在垂直于金属材料表面方向上，该梯度纳米结构的显微硬度由外至内呈现出由高到低的连续梯度变化。

4.根据权利要求1所述的具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：所述硬质合金球为WC-Co合金材质，硬质合金球的直径为4-10mm。

5.根据权利要求1所述的具有优异高周和低周疲劳性能的梯度纳米结构，其特征在于：所述金属材料表层形成梯度纳米结构后在室温条件下拉伸，屈服强度达到均匀粗晶Cu的两倍，均匀延伸率与粗晶Cu相同；应力控制高周疲劳寿命为粗晶Cu的15倍以上；应变控制低周疲劳寿命为粗晶Cu的2倍。