振动辅助铝合金表面滚压纳米化研究

作     者：徐佳 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朴钟宇

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：表面制造 超声滚压 铝合金 梯度结构 磨损行为 

摘      要：海洋工程装备是人类开发、利用和保护海洋资源、能源的主要载体,是制造业水平在海洋开发中的具体体现。海洋工程发展的先导是材料,海洋工程材料用才呈现多样化,其中铝合金以其轻质、可焊性好等优点得到了广泛的应用,然而面对苛刻复杂的海洋环境,铝合金表面的氧化膜易因腐蚀磨损而破坏,从而大大缩短其服役寿命。超声滚压加工作为一种表面改性技术,利用外力诱导金属材料表面发生强塑性变形,制备出梯度纳米/超细晶结构的表层。这种晶粒尺寸梯度分布的结构,有利于提升铝合金表面硬度、耐磨和抗疲劳性能。为了制备出表面纳米化/超细晶化的材料,研究表面纳米化/超细晶化对7075铝合金材料的影响,本文的主要工作和成果如下:(1)在立式铣床的基础上,自主设计制造了新型平面滚压刀具和超声波振动辅助系统,为铝合金超声滚压加工提供试验条件。(2)利用有限元分析方法建立了简化的超声滚压加工模型,并分析了加工过程中铝合金工件表面的弹塑性变化规律,同时获得了整体模型的能量分布及加工效率。(3)在超声滚压加工工艺流程的基础上,设计正交实验表,研究滚压力、超声波振幅、主轴转速和横向进给速度对铝合金表面质量的影响,寻求优化的工艺参数。(4)采用多种材料表征手段,对比研究了超声滚压前后铝合金微观组织和性能的差异。结果表明:与原始试样相比,超声滚压后铝合金表面粗糙度降低了约7倍;表面形成了梯度纳米/超细晶结构表层;材料硬度沿深度方向梯度变化;在干摩擦条件下,超声滚压铝合金的摩擦系数和磨损深度均小于原始试样。本文主要利用自主设计制造的超声滚压实验装置,在7075铝合金表面成功制备了梯度纳米/超细晶结构表层,改变了材料表层的微观组织结构,改善了材料的力学性能和摩擦磨损性能,为进一步的研究和应用提供理论指导和实验依据。