[实用新型]超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置

说明书

本实用新型涉及金属材料表面纳米化领域，具体地说是一种超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置。该装置的超声波发生装置包括超声波发生器、超声变幅杆、超声换能器，液体刀装置包括液体刀进液管、冲击液体箱、液体刀喷嘴、液体刀增压箱，超声换能器的输入端与超声波发生器相连，超声换能器输出端通过超声变幅杆伸至冲击液体箱内，冲击液体箱的一侧与液体刀进液管的一端相通，液体刀进液管的另一端与液体刀增压箱相通，冲击液体箱的底部与液体刀喷嘴相通，液体刀喷嘴的下方与金属板相对应。本实用新型通过在材料表层产生塑性变形加工，使材料表层晶粒尺寸由表面至内部依次为纳米尺寸晶粒、亚微米尺寸晶粒、变形晶粒及初始晶粒组织。

技术领域

本实用新型涉及金属材料表面纳米化领域，具体地说是一种超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置。

背景技术

目前，在轴类金属材料表面形成梯度结构的方法主要有：

①表面机械研磨处理方法

表面机械研磨处理方法是通过高速运动的弹丸撞击被处理材料表面，在材料表层产生强烈的塑性变形，引入大量的缺陷，如：位错、孪晶、剪切带等，当位错密度足够大时发生位错湮灭、重组，形成纳米尺寸晶粒，晶粒尺寸沿厚度方向呈逐渐增大的梯度结构。优点：材料整体疲劳性能提高，纳米结构表层具有较高扩散能力，有利于低温渗氮等化学处理。缺点：被处理材料表面粗糙度较大，加工效率低。

②滚压方法

滚压方法的实施主体是滚压刀具，它是一种压力光整加工，是利用金属在常温状态的冷塑性特点，通过滚压刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始残留的低凹波谷中，而达到提高工件表面光洁度。由于被滚压的表层金属塑性变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善工件表面的耐磨性、耐蚀性和配合性，滚压是一种无切削的塑性加工方法。优点：工件表面粗糙度降低，提高表面硬度，提高疲劳性能，减少磨损，延长使用寿命。缺点：滚压技术的优势在于使工件的表面光洁度提高，至于提高表面硬度及疲劳性能是有限度的，因为滚压技术是不可能使工件表面形成纳米晶体结构，甚至不能形成亚微米结构。根据Hall-Petch关系，金属材料的强度随晶粒尺寸减小而增大，所以滚压技术对提高工件的表面硬度是有限的。

③表面机械碾压方法(SMGT)

表面机械碾压方法是通过刀具对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流变而使组织发生晶粒细化，从而提高工件表面的强度和耐磨性。优点：可以使被加工工件的表面形成纳米梯度组织，表面光洁度比表面机械研磨处理方法要好，加工后的屈服强度和疲劳性能比加工前有大幅度的提高。缺点：加工后工件的表面光洁度还是不够好，加工效率低，对工件外形尺寸有较高要求，很难加工复杂工件，加工温度高，需要复杂的降温系统，加工耗能高。

④表面机械滚压(SMRT)

表面机械滚压方法类似于表面机械碾压法，这种方法刀具前段有一套可旋转滚珠，用来减少加工过程中的摩擦。优点：可以使被加工工件的表面形成纳米梯度组织，表面光洁度比表面机械研磨处理方法要好，加工后的屈服强度和疲劳性能比加工前有大幅度的提高。缺点：加工效率低，对工件外形尺寸有较高要求，很难加工复杂工件，加工温度高，需要复杂的降温系统，加工耗能高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以使圆棒型工件、大平面平板状工件、不规则复杂工件等超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置，通过在材料表层产生塑性变形的加工方法，使材料表层晶粒尺寸由表面至内部依次为纳米尺寸晶粒、亚微米尺寸晶粒、变形晶粒及初始晶粒组织。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种超声液体刀冲击金属材料表面纳米化专用装置，包括液体刀装置及超声波发生装置，具体结构如下：