[发明专利]两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性装置及工艺

权利要求书

1.两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性装置，包括工具台(1)、马弗炉(2)、超声波发生器(3)、导线(4)、水箱(5)、水泵(6)、进水管(7)、出水管(8)、压力机机架(9)、上工具头(10)、高频高压交流电源(11)、下工具头装置(12)、变幅杆(13)、变幅杆支架(14)和螺栓(15)，其特征在于：工具台(1)底层放置马弗炉(2)，中层放置超声波发生器(3)，上层放置水箱(5)，上述超声波发生器(3)通过导线(4)与变幅杆(13)连接，水箱(5)上端安装有水泵(6)，水泵(6)通过进水管(7)给下工具头装置(12)供水，水箱(5)外接出水管(8)收集由下工具头装置(12)排出的水，上述水管末端套在水管转接头(1204)上，工具台(1)左侧放置压力机，压力机机架(9)上方安装有上工具头(10)，上工具头(10)正下方是下工具头装置(12)，下工具头装置(12)与变幅杆(13)通过螺纹连接，变幅杆(13)安装在变幅杆支架(14)上，变幅杆支架(14)下端有圆柱凸台，与压力机机架(9)下端工作台定位孔配合，变幅杆支架(14)通过螺栓(15)固定在压力机机架(9)下端工作台上。

2.如权利要求1所述的两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性装置，其特征在于：下工具头装置(12)包括下工具头(1201)、线圈(1202)、耐高温保温棉(1203)和水管转接头(1204)，所述下工具头(1201)下端有螺纹结构，下工具头(1201)中下端部分加工有排热孔，排热孔与水管转接头(1204)通过螺纹连接，下工具头(1201)中间部分缠绕有20mm～25mm的耐高温保温棉(1203)，耐高温保温棉(1203)外缠绕有线圈(1202)，线圈(1202)与高频高压交流电源(11)连接，下工具头(1201)上端面加工有圆柱形凹槽，以便安放碳钢试样。

3.两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性工艺，包括如下步骤：通过马弗炉(2)将碳钢试样进行加热处理，打开高频高压交流电源(11)，对下工具头装置(12)预热保温处理，打开水泵(6)通过进水管(7)给下工具头装置(12)通入冷水，携带热量的水通过出水管(8)流回水箱(5)，防止热量传递到变幅杆(13)上，将加热处理后的碳钢试样移至下工具头装置(12)上端面凹槽中，上工具头(10)压缩处理，使碳钢试样产生塑性变形，同时打开超声波发生器(3)，通过变幅杆(13)将振幅放大，通过下工具头装置(12)加载超声振动处理。

4.根据权利要求3所述的两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性工艺，其特征在于：所述碳钢试样加热处理，是指：通过马弗炉(2)将碳钢试样加热，然后冷却到两相区，即Ae3～Ar3温度区。

5.根据权利要求3所述的两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性工艺，其特征在于：所述预热保温处理，是指：下工具头装置(12)外缠绕的线圈(1202)通高频高压交流电源(11)，下工具头装置(12)被缠绕部分产生热涡流效应，释放大量焦耳热，通过控制交变电流的频率使下工具头被缠绕部分温度保持在Ae3～Ar3温度区。

6.根据权利要求3所述的两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性工艺，其特征在于：所述上工具头(10)压缩处理，是指：上工具头(10)压缩速度为恒定速度V，使碳钢试样产生塑性变形。

7.根据权利要求3所述的两相区塑性变形和超声耦合实现碳钢表面改性工艺，其特征在于：所述超声振动处理，是指：超声波发生器(3)的频率设定为20kHz，超声波发生器(3)的振幅设定为5μm，加载超声振动时间20s。