常用的機械表面強化方法有噴丸、超聲沖擊、水射流、表面滾壓等,超聲強化是目前應用最多的一種強化方法,已被廣泛應用在各個領域。超聲強化技術最早是由蘇聯專家提出的,用于提高焊接件的疲勞壽命。從最早的超聲沖擊,已發展出超聲噴丸、超聲振動擠壓、超聲滾壓、超聲振動輔助電火花加工等方法。其中超聲滾壓又包含超聲表面滾壓(ultrasonic surface rolling processing,USRP)、超聲深冷滾壓、超聲深滾等技術。浙江至德鋼業有限公司通過超聲滾壓技術對奧氏體不銹鋼進行表面處理,研究其表面性能的變化。
超(chao)聲滾壓強化示意圖(tu)如圖(tu)7-1所示。其裝置主(zhu)要包括超(chao)聲發生(sheng)器、換(huan)能器、變幅(fu)桿和(he)工(gong)(gong)具頭。加工(gong)(gong)原理(li)是:換(huan)能器將電信號轉(zhuan)化為機械振動輸出,機械能通過變幅(fu)桿放大(da)后施(shi)(shi)加在滾頭上,滾壓頭給材(cai)料表面施(shi)(shi)加一定的(de)靜壓力和(he)超(chao)聲振動,在靜態(tai)擠(ji)壓和(he)動態(tai)沖擊下(xia),材(cai)料發生(sheng)嚴重的(de)塑性(xing)變形。
金屬材(cai)料(liao)在擠壓(ya)和沖擊作用下(xia),一(yi)方面(mian)(mian),晶粒破(po)碎,晶粒尺寸(cun)減小,甚(shen)至(zhi)尺寸(cun)可以達到納米級(ji),使材(cai)料(liao)表(biao)面(mian)(mian)形成梯度納米結構層;另一(yi)方面(mian)(mian),表(biao)面(mian)(mian)材(cai)料(liao)的(de)塑性(xing)流(liu)動,起到“削(xue)峰填谷”的(de)作用,提高(gao)了(le)表(biao)面(mian)(mian)光潔度和硬度,并產生了(le)參(can)與壓(ya)應力。材(cai)料(liao)表(biao)面(mian)(mian)性(xing)能的(de)變化,對于改(gai)善疲勞(lao)、磨損、腐蝕(shi)等都是有(you)益(yi)的(de)。同時,材(cai)料(liao)性(xing)能的(de)改(gai)善程度受加工(gong)工(gong)藝的(de)影(ying)響(xiang)比較大,包括主軸轉速(su)、進(jin)給量(liang)、靜壓(ya)強(qiang)等參(can)數,滾壓(ya)次數也是影(ying)響(xiang)強(qiang)化性(xing)能的(de)另一(yi)因素。