[发明专利]一种获得材料复合组织的表面滚光装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料表面滚光装置和方法，属于材料表面强化和细化表层组织技术领域。

背景技术

从材料组织观点来看，粗大的组织将有优良的抗蠕变性能，而细晶组织一方面能够推迟疲劳裂纹的形成；另一方面较多的晶界可以阻碍疲劳裂纹的扩展。单一的组织通常只提高某方面的性能，如果根据使用需要将不同的组织集合在同一构件中，则可获得优异的综合性能，这种观点在发动机涡轮盘的制备中得到体现，所获得的材料复合组织能够更好满足使用过程中的抗蠕变和抗疲劳的要求。采用材料表面滚光技术，能够使塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形；将变形后的坯料进行适当的热处理可以在坯料的表层形成一层再结晶的细晶，而心部的组织将保持原始的状态。因此，设计一种能够使塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形的装置成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的材料表面滚光技术无法使塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形的问题，进而提供一种获得材料复合组织的表面滚光装置和方法。

本发明的一种获得材料复合组织的表面滚光装置由旋转压头、卡盘、垫片、卡具和至少两枚滚珠组成，所述旋转压头的下端面上开有台肩盲孔，所述卡盘固装在旋转压头的台肩盲孔的台肩端面上，所述卡盘与旋转压头的台肩盲孔的底面之间形成冷却水腔，所述卡盘的下端面上开有固定槽，所述垫片安装在卡盘的固定槽内，且所述垫片与卡盘的固定槽之间为过盈配合，所述垫片的端面上均匀开有至少两个通孔，所述至少两枚滚珠分别安装在相应的通孔内，且每枚滚珠与相应的通孔之间为过盈配合，所述旋转压头的上端安装在机床的安装板上，所述卡具固装在机床的工作平台上，所述卡具的上端面上沿卡具的长度方向开有槽。

本发明的一种利用表面滚光装置获得材料复合组织的表面滚光方法是这样完成的：首先，将坯料固装在卡具的槽内；其次，通过机床带动旋转压头、卡盘和垫片运动调节滚珠与坯料之间的距离，使滚珠对坯料产生0.05mm～2mm的压下量；最后，通过调节机床的转速和进给速度使滚珠在坯料的表层以435r/min～1500r/min的转速旋转，同时滚珠以≥23.5mm/min的线速度对整个坯料的表面进行滚光。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：一、利用本发明的表面滚光装置使材料获得了复合组织，塑性变形集中在坯料的表层，而心部不发生塑性变形，本发明的表面滚光装置还具有滚光效果好、结构简单、设备成本低和操作简单的优点；二、本发明的方法简单、容易操作，本发明的方法是通过机床来调节滚珠与坯料之间的距离，实现了对不同厚度的坯料的表面塑性变形，并且实现了对坯料变形层深度的控制。利用本发明的方法对Q235钢坯料做了表面滚光实验，应用有限元技术模拟技术计算出了表层塑性变形分布规律，结果表明从表层到0.7mm的深度金属经历了剧烈的塑性变形，表层最大的等效应变能达到0.065；并对经过冷变形和热处理后的Q235钢坯料进行了投射电镜试验和金相观察，结果表明，在冷变形情况下经过表面滚光后，坯料表层出现了大量的位错缠结和大量的孪晶，坯料表层的晶粒形态由颗粒状变成纤维状，这说明坯料表层经历了大量的塑性变形；经过再结晶退火后，在坯料心部的晶粒依然保持原始的颗粒状(晶粒的尺寸为50μm左右)，而表层的晶粒出现明显的细化(晶粒的尺寸为20μm左右)。

附图说明

图1是本发明的整体结构主剖视示意图，图2是本发明的旋转压头、卡盘、垫片和滚珠的安装示意图，图3是图2的仰视图，图4是卡具的主视示意图，图5是图4的俯视图，图6是图5的A-A剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式的滚光装置由旋转压头1、卡盘2、垫片3、卡具4和至少两枚滚珠5组成，所述旋转压头1的下端面上开有台肩盲孔1-1，所述卡盘2固装在旋转压头1的台肩盲孔1-1的台肩端面上，所述卡盘2与旋转压头1的台肩盲孔1-1的底面之间形成冷却水腔，所述卡盘2的下端面上开有固定槽2-1，所述垫片3安装在卡盘2的固定槽2-1内，且所述垫片3与卡盘2的固定槽2-1之间为过盈配合，所述垫片3的端面上均匀开有至少两个通孔3-1，所述至少两枚滚珠5分别安装在相应的通孔3-1内，且每枚滚珠5与相应的通孔3-1之间为过盈配合，所述旋转压头1的上端安装在机床6的安装板上，所述卡具4固装在机床6的工作平台上，所述卡具4的上端面上沿卡具的长度方向开有槽4-1。所述机床由北京第一机床厂生产，其型号为XA5032。