【技术实现步骤摘要】
本申请涉及金属材料加工，特别是涉及一种用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法。
技术介绍
1、随着新一代新能源和高端装备制造等战略性新兴产业的快速发展，对金属材料的性能提升提出了更为迫切的需求。金属材料在不同领域服役过程中的失效形式主要包括腐蚀、磨损及疲劳失效等，其中疲劳失效最为常见，疲劳失效指的是零部件在受到热和力等交变载荷的作用下，损伤不断累积直至最终突然断裂的过程，因此，金属材料抗疲劳特性的提升成为了当前研究的重点问题。
2、工程上，零部件的疲劳破坏往往开始于材料表面，这是因为当零部件表面存在某种缺陷或类裂纹时，会形成较大的应力集中。在循环载荷作用下，裂纹容易从应力集中程度较高的缺陷处萌生，并以此为基础扩展，直至发生疲劳破坏导致失效。因此，工程中通常选择各种表面强化工艺来改善零部件的表面质量，提高零部件的抗疲劳性能。
3、目前常见的表面强化方法有喷丸、激光冲击强化和超声滚压强化等。其中超声滚压表面强化方法涉及较复杂的工艺参数，相比传统滚压方法，超声滚压方法的超声冲击能量较大，会使强化区域塑性变形严重，容易引起表面的粗糙。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法、装置、设备、介质及产品，以解决超声滚压表面强化制备梯度纳米层片结构易产生表面缺陷从而影响疲劳性能的问题。
2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
3、本申请提供了一种用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法
4、将当前金属材料试样和超声滚压强化装置分别安装在数控车床上，并设置超声滚压加工参数；所述超声滚压加工参数包括超声滚压强化装置的静压力、数控车床的进给速度以及数控车床的转速；
5、启动超声波发生器，并将超声波发生器的频率调节至预设频率，将超声波发生器的振幅调节至预设振幅；
6、启动数控车床，对当前金属材料试样表面进行逐级超声滚压加工，且在逐级超声滚压加工过程中对当前金属材料试样表面进行润滑和冷却，从而得到具有梯度纳米层片结构的金属材料试样；
7、利用光学显微镜对梯度纳米层片结构轴截面进行观察，得到梯度纳米层片结构轴截面的微观结构图像；
8、基于梯度纳米层片结构轴截面的微观结构图像，确定梯度纳米层片结构的应变速率，并判断梯度纳米层片结构的应变速率是否大于等于预设应变速率阈值；
9、若是，则对梯度纳米层片结构进行表面再处理，得到制备好的梯度纳米层片结构；
10、若否，则调整对应的超声滚压加工参数，直至梯度纳米层片结构的应变速率大于等于预设应变速率阈值，对梯度纳米层片结构进行表面再处理，得到制备好的梯度纳米层片结构。
11、可选地，所述预设频率为20khz，所述预设振幅为16μm。
12、可选地，对当前金属材料试样表面进行逐级超声滚压加工，具体包括：
13、对当前金属材料试样表面依次以第一预设静压力阈值和第二预设静压力阈值进行逐级超声滚压加工；其中，所述第二预设静压力阈值大于第一预设静压力阈值。
14、可选地，对当前金属材料试样表面进行多次逐级超声滚压加工。
15、可选地，所述逐级超声滚压加工的次数为4。
16、可选地，所述预设应变速率阈值为103s-1。
17、可选地，基于梯度纳米层片结构轴截面的微观结构图像，确定梯度纳米层片结构的应变速率，具体包括：
18、基于梯度纳米层片结构轴截面的微观结构图像，绘制流变曲线；
19、基于所述流变曲线，拟合得到第一工况参数和第二工况参数；
20、基于所述第一工况参数和所述第二工况参数，确定梯度纳米层片结构的流变位移场与深度之间的关系；
21、基于梯度纳米层片结构的流变位移场与深度之间的关系，确定梯度纳米层片结构的剪切位移场；
22、基于梯度纳米层片结构的剪切位移场，确定梯度纳米层片结构的应变速率。
23、可选地，梯度纳米层片结构的流变位移场与深度之间的关系的表达式为：
24、y(x)＝ysexp(-kx)；
25、其中，x为梯度纳米层片结构的流变曲线上任一点的深度；y为梯度纳米层片结构的流变曲线的任一点的流变位移；ys为第一工况参数；k为第二工况参数；
26、梯度纳米层片结构的剪切位移场的表达式为：
27、γ(x)＝yskexp(kx)；
28、其中，γ(x)为梯度纳米层片结构的剪切位移场；
29、梯度纳米层片结构的应变速率的表达式为：
30、
31、其中，为梯度纳米层片结构的应变速率；r为金属材料试样直径；v1为数控车床的转速。
32、可选地，对时刻的梯度纳米层片结构进行表面再处理的方式包括滚光、振光和滚磨。
33、可选地，利用攻牙油作为润滑介质和冷却介质在逐级超声滚压加工过程中对当前金属材料试样表面进行润滑和冷却。
34、可选地，所述金属材料试样为钛、镍、铜、铁、铝中的一种或者其中几种形成的合金。
35、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：
36、本申请公开了一种用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，通过对金属材料试样表面进行超声滚压加工，得到具有梯度纳米层片结构的金属材料试样，并利用光学显微镜得到梯度纳米层片结构轴截面的微观结构图像，基于梯度纳米层片结构轴截面的微观结构图像，确定梯度纳米层片结构的应变速率，判断所述应变速率是否满足要求，若不满足，则改变对应的超声滚压加工参数，对具有梯度纳米层片结构的金属材料试样重新进行超声滚压加工，直至应变速率满足要求时，对梯度纳米层片结构进行表面再处理，得到制备好的梯度纳米层片结构；其中，当应变速率满足要求时得到的梯度纳米层片结构具有较好的疲劳性能。
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1.一种用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，所述用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，所述预设频率为20kHz，所述预设振幅为16μm。
3.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，对当前金属材料试样表面进行逐级超声滚压加工，具体包括：
4.根据权利要求3所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，对当前金属材料试样表面进行多次逐级超声滚压加工，且所述逐级超声滚压加工的次数为4。
5.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，所述预设应变速率阈值为103s-1。
6.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，基于梯度纳米层片结构轴截面的微观结构图像，确定梯度纳米层片结构的应变速率，具体包括：
7.根据权利要求6所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复
8.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，对梯度纳米层片结构进行表面再处理的方式包括滚光、振光和滚磨。
9.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，利用攻牙油作为润滑介质和冷却介质在逐级超声滚压加工过程中对当前金属材料试样表面进行润滑和冷却。
10.一种用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，所述金属材料试样为钛、镍、铜、铁、铝中的一种或者其中几种形成的合金。
...【技术特征摘要】
1.一种用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，所述用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，所述预设频率为20khz，所述预设振幅为16μm。
3.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，对当前金属材料试样表面进行逐级超声滚压加工，具体包括：
4.根据权利要求3所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，对当前金属材料试样表面进行多次逐级超声滚压加工，且所述逐级超声滚压加工的次数为4。
5.根据权利要求1所述的用于制备梯度纳米层片结构的超声滚压复合强化方法，其特征在于，所述预设应变速率阈值为103s-1。
6.根据权利要求1所述的用于制备梯度...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾云飞，刘壮，张勇，贺琛赟，张显程，涂善东，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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