一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法技术

本发明专利技术提供一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，具体包括以下步骤：S1：对船用钢的原始棒料进行表面预处理，去除表层氧化皮，获得光整的加工表面；S2：将步骤S1进行表面预处理后的棒料固定在机床上，对棒料进行超声滚压表面处理。本发明专利技术的技术方案通过高频振动以及塑性变形产生细晶强化作用，使表层显微硬度提高并获得大深度的加工硬化层；同时，该表面处理方法也会重构表面应力分布状态，产生残余压应力，最终有效提高船用钢在低温下的力学性能。本方法工艺简单，加工效率提升明显，加工成本低廉，能够强化低温船用钢在极地环境的使役性能。役性能。役性能。

【技术实现步骤摘要】
一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法


[0001]本专利技术涉及金属材料机械加工
，具体而言，尤其涉及一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法。

技术介绍

[0002]国内的造船用钢主要为低合金高强度钢，由于其强度高、低温韧性良好、焊接性能好以及低成本等特征，已经成为船舶制造及海洋工程领域不可或缺的材料之一。近年来，随着极地装备及低温压力容器的发展，对低温船用钢的需求更为紧迫。由于极地地区温度较低且具有更加复杂恶劣的环境，因此对船用钢在低温环境中的力学性能要求也越来越高。但目前针对船用钢的性能强化多局限于改良生产工艺和优化成分上，采用表面处理来强化船用钢低温力学性能的研究较少。
[0003]超声滚压技术作为新兴的表面强化技术，具有显著提高表面质量、工艺简单、节能环保和效率高等优点，在汽车行业、齿轮制造业和航空航天等领域都得到了广泛应用。相对于激光抛光和激光喷丸技术，超声滚压技术的加工成本更加低廉，设备维护十分方便，加工过程中的精度控制也更加容易。因此采用超声滚压表面强化技术对船用钢低温力学性能进行强化处理具有良好的应用前景。

技术实现思路

[0004]根据上述提出船用钢在极地低温及复杂环境中需要具备更高的力学性能要求，以及采用表面处理来强化船用钢低温力学性能的研究具有良好的应用前景，而提供一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，主要通过对船用钢材料表面进行超声滚压加工，通过高频振动以及塑性变形产生细晶强化作用，使表层显微硬度提高并获得大深度的加工硬化层；同时，该表面处理方法也会重构表面应力分布状态，产生残余压应力，最终有效提高船用钢在低温下的力学性能。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，具体包括以下步骤：
[0007]S1：对船用钢的原始棒料进行表面预处理，去除表层氧化皮，获得光整的加工表面；
[0008]S2：将步骤S1进行表面预处理后的棒料固定在机床上，对棒料进行超声滚压表面处理。
[0009]进一步地，所述船用钢为FH36船用钢。
[0010]进一步地，步骤S1中表面预处理采用车削加工。
[0011]进一步地，步骤S1进行表面预处理后棒料的表面粗糙度不超过Ra3.6μm，以满足超声滚压表面处理的要求。
[0012]进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：
[0013]S21：将步骤S1进行表面预处理后的棒料固定在机床上，调整棒料在机床上的平行
度并开启机床，使棒料进行旋转运动；
[0014]S22：开启超声滚压设备，设定超声滚压静压力、主轴转速和振幅的具体数值，通过调整超声滚压工具头的中心位置使其与棒料表面接触，之后利用超声滚压工具头沿棒料轴向方向进行多道次的超声滚压表面处理，在超声滚压工具头进行运动的同时始终保持润滑油的供给，用于冷却和润滑棒料和超声滚压工具头。
[0015]进一步地，超声滚压静压力的设定范围为100
‑
300N，主轴转速的设定范围为96
‑
382r/min，超声滚压处理的道次为1
‑
3次，超声滚压输出的振幅为1
‑
5μm。
[0016]进一步地，超声滚压工具头为硬质合金滚柱。
[0017]进一步地，超声滚压设备的超声频率为30kHz。
[0018]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0019]1、本专利技术提供的强化船用钢低温力学性能的超声滚压表面处理方法，属于无切屑光整加工方式，相对于激光抛光和激光喷丸技术，超声滚压技术的加工成本更加低廉，设备维护十分方便，加工过程中的精度控制也更加容易，除此之外，超声滚压表面处理后试样的表面质量显著提高，不需要后续的精磨、抛光、研磨等冗杂工艺，可以直接满足加工要求，从而降低了多道工序的复杂性与高成本，提高了加工效率。
[0020]2、本专利技术提供的强化船用钢低温力学性能的超声滚压表面处理方法，通过细晶强化作用，使船用钢的低温力学性能得到提高。相比于改良生产工艺、优化成分等工艺复杂、适用范围小的通用方法来提高船用钢的力学性能，本处理方法工艺简单，加工效率提升明显，加工成本低廉，能够有效强化低温船用钢在极地环境的使役性能。
[0021]基于上述理由本专利技术可在金属材料机械加工领域广泛推广。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为对比例1与实施例1、2、3的FH36船用钢显微硬度变化趋势图。
[0024]图2为对比例1与实施例1、2、3的FH36船用钢残余应力变化趋势图。
[0025]图3为对比例1的FH36船用钢表层晶粒EBSD图。
[0026]图4为实施例2的FH36船用钢表层晶粒EBSD图。
[0027]图5为对比例1与实施例2的FH36船用钢在
‑
30℃和
‑
60℃的应力
‑
应变曲线图。
[0028]图6(a)、(b)分别为对比例1与实施例2的FH36船用钢在
‑
30℃拉伸断口形貌图。
[0029]图7(a)、(b)分别为对比例1与实施例2的FH36船用钢在
‑
60℃拉伸断口形貌图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实
施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]本专利技术提供了一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，具体包括以下步骤：
[0032]S1：对船用钢的原始棒料进行表面预处理，去除表层氧化皮，获得光整的加工表面；
[0033]S2：将步骤S1进行表面预处理后的棒料固定在机床上，对棒料进行超声滚压表面处理。
[0034]进一步地，所述船用钢为FH36船用钢。
[0035]进一步地，步骤S1中表面预处理采用车削加工。
[0036]进一步地，步骤S1进行表面预处理后棒料的表面粗糙度不超过Ra3.6μm，以满足超声滚压表面处理的要求。
[0037]进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：
[0038]S21：将步骤S1进行表面预处理后的棒料固定在机床上，调整棒料在机床上的平行度并开启机床，使棒料进行旋转运动；
[0039]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：对船用钢的原始棒料进行表面预处理，去除表层氧化皮；S2：将步骤S1进行表面预处理后的棒料固定在机床上，对棒料进行超声滚压表面处理。2.根据权利要求1所述的强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，其特征在于，所述船用钢为FH36船用钢。3.根据权利要求1所述的强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，其特征在于，步骤S1中表面预处理采用车削加工。4.根据权利要求1所述的强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，其特征在于，步骤S1进行表面预处理后棒料的表面粗糙度不超过Ra3.6μm。5.根据权利要求1所述的强化船用钢低温力学性能的表面处理方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S21：将步骤S1进行表面预处理后的棒料固定在机床上，调整棒料在机床上的平行度并开启机床，使棒料进行旋转运动；S22：开启超声滚压设备，设定超声滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆钟，周健，姜德文，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：