超聲振動滾擠壓對金屬表面微觀組織的影響分析

陶欽貴

（四川宜賓學院，四川 宜賓 644000）

當前階段，無論是我們國家的研究人員，還是西方一些發(fā)達國家的研究人員，都對于超聲滾擠壓技術(shù)進行了深入的研究。其中，天津大學的有關(guān)人員對于超聲滾擠壓技術(shù)所進行研究時，使用超聲滾擠壓技術(shù)對于45鋼材料以及40Cr鈦合金材料進行了一些列的研究[1]。

1 超聲振動擠壓技術(shù)的基本工作原理

超聲振動滾擠壓技術(shù)，是建立在傳統(tǒng)滾擠壓技術(shù)基礎(chǔ)上進行發(fā)展，對擠壓頭沿工件法向施以—超聲頻振動，在這種情況下，擠壓頭就在金屬零件表面的切向方向進行滾動以及擠壓運動，與此同時，擠壓頭還會按照金屬零件表面垂直表面進行跳動，做敲擊活動[2]。超聲振動擠壓技術(shù)，不僅僅可以改變擠壓頭的在金屬表面的運動方向，與此同時，金屬表面的變形方式卻產(chǎn)生了一定的變化，導致金屬表層的材料會順沿著法線的方向產(chǎn)生變形，導致嚴重的塑性變形。

2 試驗方法

試驗設(shè)備以及金屬材料：如果想要研究超聲振動滾擠壓技術(shù)的相關(guān)參數(shù)對于金屬零件表面微觀組織的具體影響，就需要通過試驗的方式進行證實。在進行超聲振動滾擠壓技術(shù)的研究試驗中，會主要考察一下一個工藝參數(shù)，最重要的有兩個，即超聲的振動幅度以及擠壓速度。在進行振幅試驗的時候，會通常用到以下的系統(tǒng)參數(shù)，其超聲的振幅分別為0um、2um、4um、6um。經(jīng)過超聲振動滾擠壓試驗以后，需要對于試件表面進行及時的處理，例如，切割、拋光、防腐蝕處理、磨光等等，將經(jīng)過處理以后的金屬表面放在金相顯微鏡下進行詳細的觀察，并且記錄超聲振動滾擠壓技術(shù)作用以后的金屬表面所產(chǎn)生的纖維變化。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 超聲振幅對于微觀組織產(chǎn)生的影響

試件斷面上的微觀組織變化受到振幅的直接影響。振幅不同，微觀組織的變化情況不同，具體的變化情況我們可以通過詳細分析探究得出。

圖1 不同超聲振幅擠壓后試件端面微觀組織

通過相關(guān)的分析可以看出，如果超聲振動幅度為0um時，即所使用的為一般的擠壓技術(shù)時，金屬表面受到擠壓之后所微觀組織變化不明顯，僅僅只有金屬零件表面的晶粒產(chǎn)生一些流變的情況。通過上圖，可以看出，伴隨著超聲振幅的不斷提高，在金屬表面深度方向所發(fā)生的流變現(xiàn)象也越來越明顯，并且所產(chǎn)生的微觀組織越來越多。同時，在金屬表面的晶粒組織也被進一步擴大，逐漸的開始形成晶粒纖維。纖維的整體的尺寸大小是按照深度呈現(xiàn)梯度狀態(tài)進行分布，在金屬零件表層所形成的晶粒纖維比較細，伴隨著深度的不斷增加，晶粒纖維的厚度也在逐漸的增大。

3.2 超聲振動滾擠壓中的擠壓速度對于金屬微觀組織造成的影響

金屬微觀纖維組織，對于不同的擠壓速度，試件斷面微觀組織的變化狀況如下圖所示。通過圖表我們可以看出，如果擠壓的速度不同，經(jīng)過超聲振動強化后金屬表層微觀組織的分布情況也是不同的。擠壓速率比較低，就會形成疊層纖維，并且層數(shù)較多。伴隨著擠壓速度的增大，金屬表面的纖維層數(shù)在減少，如果擠壓速度達到一定值，處于穩(wěn)定，金屬表層不會產(chǎn)生纖維，僅僅會有一些變形，從而可以證實擠壓速度對于金屬表層的纖維細化起到了重要作用。超聲振動滾擠壓技術(shù)中的擠壓速度對于金屬表層的細化產(chǎn)生了非常大的影響。擠壓速度較低，金屬表面細化程度越高，如果擠壓速度越快，金屬表層的細化效果不明顯。在金屬零件抗疲勞方面來說，金屬表層纖維的細化程度越高，有助于提升金屬的抗疲勞能力。所以，擠壓速度越低，有助于進一步強化抗疲勞性能。

3.3 結(jié)論分析

超聲波震動滾壓應(yīng)與壓頭作用力的大小、震動頻率和振幅都有關(guān)系，超聲波屬于聲波，穿透能力強，能是金屬內(nèi)部產(chǎn)生共振，達到細化晶粒的效果，與壓力共同作用，能提高破碎和穿透力、穿透深度，并且在頻率、振幅、壓力一定的情況下，在金屬內(nèi)部同一深度處，其細晶效果近乎相同，所以會得到分層纖維組織。同時晶粒細化，起到了細金強化的效果，對強度、塑性有利。而成纖維組織，能顯著提高纖維向的抗拉強度。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)的擠壓方式進行比較，超聲振動擠壓可以進行更深化的流變微觀纖維組織，同時，可以在金屬表層形成疊層纖維，通過新型的擠壓技術(shù)，可以對于表層組織進行細化。而且，隨著超聲振幅的增大，金屬表面越容易產(chǎn)生疊層纖維組織，并且纖維的寬度在逐漸變細。當振幅在6um時，金屬表層的纖維組織厚度達到了1.25um振幅為0時，金屬表面沒有產(chǎn)生任何的纖維組織。隨著擠壓速度變小，疊層纖維微觀組織越容易產(chǎn)生，并且纖維的寬度在逐漸變細。