鎂合金高溫表面形變強化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鎂合金表面處理技術領域，尤其涉及一種鎂合金高溫表面形變強化方法。
【背景技術】
[0002]疲勞斷裂一直是機械零件和工程構件破壞的最主要的形式。在航空航天、造船、化工機械、交通運輸、工程機械等領域中，約有50?90%以上的結構強度破壞是由疲勞破壞造成的。鎂合金作為一種發展潛力很大的金屬材料，疲勞性能的改善有利于擴大其應用領域。材料的疲勞斷裂往往從表面、表面層或表面下層開始，尤其是在應力集中部位，因而改善應力集中部位的承載能力，強化一定深度的表面層可顯著提高材料的疲勞強度及延長疲勞壽命。表面形變強化的基本原理就是利用機械能使工件表面產生塑性變形，表面獲得形變及細晶強化；表層內微觀應力增高；同時，表面塑性變形帶來的表面尺寸的變化，引起了表面殘余壓應力，從而使裂紋擴展的動力一外加拉應力與殘余壓應力合成的總應力降低，抑制或延遲疲勞裂紋的成核與擴展，能大大提高材料的疲勞強度及延長疲勞壽命。表面形變強化主要有噴丸、滾壓和孔擠壓等三種工藝。其中，與滾壓、孔擠壓相比，噴丸工藝不受材料種類、零件幾何形狀和尺寸大小限制，且成本低、強化效果顯著，是最有工業前景的表面形變強化工藝。噴丸處理工藝原理為:利用空氣壓縮系統中的空壓機提供的壓縮空氣在噴槍內高速流動形成負壓產生的引射作用，將旋風分離器內的噴丸介質通過噴砂管吸入噴槍內，然后隨壓縮空氣由噴嘴高速噴出，反復擊打試樣表面，實現對試樣的表面形變強化。
[0003]發明人等在《Journal of Materials Research》(材料研宄學報)2010年第25卷第 6 期 1375 - 1387 頁上發表的 Smooth and notched fatigue performance of agingtreated and shot peened ZK60 magnesium alloy (時效熱處理以及噴丸處理 ZK60 合金的光滑和缺口疲勞行為研宄)研宄了室溫噴丸處理工藝對擠壓及時效處理態ZK60鎂合金微觀組織和高周疲勞性能的影響，結果表明，經室溫噴丸處理后ZK60合金的疲勞性能得到了明顯提高，且時效熱處理能進一步提高室溫噴丸的表面形變強化效果。不過，與鋁合金和鋼鐵不同，鎂合金為密排六方晶體結構，室溫下，鎂合金只有基面滑移發生，僅能提供3個幾何滑移系和2個獨立滑移系，即使棱柱面滑移發生，仍不能滿足von Mises判據要求。因而，鎂合金在室溫下變形困難，塑韌性較差，且基體硬度低，表面難以承受劇烈塑性變形，雖低強度噴丸可較大幅度地提高疲勞性能，但較高強度噴丸會引發表面缺陷和產生微裂紋，故鎂合金的室溫噴丸強化效果是有限的。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種鎂合金高溫表面形變強化方法。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0006]一種鎂合金高溫表面形變強化方法，所述方法包括如下步驟:
[0007]步驟1，對儲料罐進行加熱，使噴丸介質達到所需溫度；
[0008]步驟2，用空氣壓縮機將空氣加壓到所需壓強后，經輸送管道進入高壓空氣加熱裝置，對空氣進行加熱，得150?350°C、壓強為0.2?IMPa的高溫高壓氣體；
[0009]步驟3，對鎂合金試樣進行加熱至所需溫度；
[0010]步驟4，用高溫高壓氣體噴出噴丸介質擊打到鎂合金試樣表面上，即可。
[0011]作為優選方案，步驟I中，所述所需溫度為150°C?350°C。
[0012]作為優選方案，所述所需溫度為250V。
[0013]作為優選方案，步驟2中所述壓縮空氣在高壓空氣加熱裝置中所需達到溫度為250。。。
[0014]作為優選方案，步驟3中，所述所需溫度為150°C?300°C。
[0015]作為優選方案，所述鎂合金試樣為非稀土鎂合金時，所需溫度為150°C?250°C;所述鎂合金試樣為稀土鎂合金時，所需溫度為200°C?300°C。
[0016]作為優選方案，步驟4中，所述高溫高壓氣體噴出噴丸介質的強度為0.05?0.50mmN。
[0017]作為優選方案，所述鎂合金試樣為鑄態鎂合金時，所述高溫高壓氣體噴出噴丸介質的強度為0.20?0.50mmN，所述鎂合金試樣為變形態鎂合金時，所述高溫高壓氣體噴出噴丸介質的強度為0.05?0.30mmN。
[0018]作為優選方案，所述噴丸介質為直徑為300 μπι?500 μπι玻璃丸、鑄鋼丸或陶瓷丸。
[0019]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0020]1.本發明采用高溫高壓氣體進行噴丸處理，可以時時補充氣體在高速流動時帶走的熱量，確保整個噴丸過程中溫度的穩定性，鎂合金試樣加熱溫度在鎂合金時效溫度至時效溫度+50°C之間，滿足鎂合金試樣開動非基面滑移系，有利于鎂合金塑性的提高，改善變形能力，引起更大的殘余壓應力；
[0021]2.本發明方法能增強殘余應力的穩定性，進一步改善鎂合金的疲勞性能；
[0022]3.本發明能擴寬合適噴丸窗口，易于實驗操作。
[0023]4.本發明方法簡單，容易操作，效果顯著。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0025]實施例1
[0026]本實施例涉及一種鎂合金高溫表面形變強化方法，包括如下步驟:
[0027]本實施例采用擠壓態ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金。
[0028]步驟一，利用常規加熱裝置對儲料罐進行加熱，使噴丸介質達到250°C ;
[0029]步驟二，用空氣壓縮機將空氣加壓到IMPa后，經輸送管道進入高壓空氣加熱裝置，壓縮空氣在高壓空氣加熱裝置中的溫度為250°C，壓強為0.6MPa ；
[0030]步驟三，利用常規加熱裝置對ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金試樣進行加熱至250 0C ；
[0031]步驟四，利用高溫高壓空氣在噴槍內高速流動形成負壓產生的引射作用，噴出直徑為400 μ m的高溫玻璃丸擊打到ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金試樣表面上，噴丸強度為0.05mmN。
[0032]實施效果:對高溫噴丸后的ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金試樣的表面變形層性能進行了測試，其中，最大殘余壓應力為95MPa，表面粗糙度Ra約為1.2 μ m，變形層顯微硬度提高幅度為50HV0.05 ;對疲勞試樣進行了 17次疲勞強度測試，其10 7次疲勞強度從高溫噴丸前的140MPa提高到200MPa，提高了 60MPa。
[0033]傳統方法:取擠壓態ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金，利用室溫高壓空氣在噴槍內高速流動形成負壓產生的引射作用，噴出直徑為400 μ m的室溫玻璃丸擊打到ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金試樣表面上，噴丸強度為0.05mmN。對室溫噴丸后的ZK60(Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金試樣的表面變形層性能進行了測試，其中，最大殘余壓應力為75MPa，表面粗糙度Ra約為I μm，變形層顯微硬度提高幅度為40HV0.05 ;對室溫噴丸后的疲勞試樣進行17次疲勞強度測試，其107次疲勞強度從室溫噴丸前的140MPa提高到180MPa，提尚了 40MPa。
[0034]從高溫噴丸和室溫噴丸處理后ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金的表面變形層性能和疲勞強度可以看出，相對傳統的室溫噴丸處理方法，經本發明高溫噴丸處理后，可產生更大的殘余壓應力和顯微硬度，并能增強殘余應力的穩定性，進一步提高了ZK60 (Mg-6Zn-0.5Zr)鎂合金的噴丸強化效果。
[0035]實施例2
[0036]本實施例涉及一種鎂合金高溫表面形變強化方法，包括如下步驟:
[0037]本實施例采用鑄態AZ91 (Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金。
[0038]步驟一，利用常規加熱裝置對儲料罐進行加熱，使噴丸介質達到200°C ;
[0039]步驟二，用空氣壓縮機將空氣加壓到IMPa后，經輸送管道進入高壓空氣加熱裝置，壓縮空氣在高壓空氣加熱裝置中的溫度為200°C，壓強為0.2MPa ;
[0040]步驟三，利用常規加熱裝置對AZ91 (Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金試樣進行加熱至200 0C ；
[0041]步驟四，利用高溫高壓空氣在噴槍內高速流動形成負壓產生的引射作用，噴出直徑為300 μm的高溫玻璃丸擊打到AZ91 (Mg-9A1_0.5Zn)鎂合金試樣表面上，噴丸強度為0.50mmN。
[0042]實施效果:對高溫噴丸后的AZ91 (Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金試樣的表面變形層性能進行了測試，其中，最大殘余壓應力為130MPa，表面粗糙度Ra約為4.5 μ m，變形層顯微硬度提高幅度為60HV0.05 ;對疲勞試樣進行了 17次疲勞強度測試，其10 7次疲勞強度從高溫噴丸前的60MPa提高到105MPa，提高了 45MPa。
[0043]傳統方法:取鑄態AZ91 (Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金，利用室溫高壓空氣在噴槍內高速流動形成負壓產生的引射作用，噴出直徑為3 O O μ m的室溫玻璃丸擊打到AZ91 (Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金試樣表面上，噴丸強度為0.50mmN。對室溫噴丸后的AZ91(Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金試樣的表面變形層性能進行了測試，其中，最大殘余壓應力為lOOMPa，表面粗糙度Ra約為4 μ m，變形層顯微硬度提高幅度為45HV0.05 ;對室溫噴丸后的疲勞試樣進行17次疲勞強度測試，其107次疲勞強度從室溫噴丸前的60MPa提高到90MPa，提尚了 30MPa。
[0044]從高溫噴丸和室溫噴丸處理后AZ91 (Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金的表面變形層性能和疲勞強度可以看出，相對傳統的室溫噴丸處理方法，經本發明高溫噴丸處理后，可產生更大的殘余壓應力和顯微硬度，并能增強殘余應力的穩定性，進一步提高了AZ91(Mg-9Al-0.5Zn)鎂合金的噴丸強化效果。
[0045]實施例3
[0046]本實施例涉及一種鎂合金高溫表面形變強化方法，包括如下步驟:
[0047]本實施例采用擠壓態GW1