超声振动表层强化技术研究现状及展望_张彪.pdf

第 30 卷 第 2 期2023 年 2 月塑性工程学报JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERINGVol.30 No.2Feb.2023引文格式:张 彪,王晓强,田英健,等.超声振动表层强化技术研究现状及展望 J.塑性工程学报,2023,30(2):16-25.ZHANG Bi-ao,WANG Xiaoqiang,TIAN Yingjian,et al.Research status and prospect of ultrasonic vibration surface strengthening technology J.Journal of Plastic-ity Engineering,2023,30(2):16-25.基金项目:国家自然科学基金资助项目(U1804145);国家重点研发计划(2018YFB2000405)通信作者:王晓强,男,1972 年生,博士,教授,主要从事超声振动表面强化研究,E-mail:wang_xq2002 第一作者:张 彪,男,1997 年生,硕士研究生,主要从事超声振动表面强化研究,E-mail:zhang_b2020 收稿日期:2022-04-04;修订日期:2022-11-03超声振动表层强化技术研究现状及展望张 彪,王晓强,田英健,王浩杰,付浩然,曹丽茹(河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003)摘 要:阐述了超声振动滚压技术对工件的表层强化原理,对超声振动滚压技术表面强化的研究现状进行了总结,指出了现阶段超声振动滚压技术表面强化研究的发展方向。依据超声振动滚压技术的研究思路,对超声振动喷丸技术进行了论述。介绍了超声振动表面强化与其他技术的复合强化原理及研究现状。对超声振动表层强化技术的发展方向进行了展望,包括向绿色可持续方向发展、超声强化与其他技术复合和创建工艺参数与强化效果之间的数据库。总结了当前超声振动强化技术及超声振动复合强化技术的研究。关键词:表面强化;超声滚压;超声喷丸;超声振动复合强化技术中图分类号:TG115 文献标识码:A 文章编号:1007-2012(2023)02-0016-10doi:10.3969/j.issn.1007-2012.2023.02.002Research status and prospect of ultrasonic vibration surface strengthening technologyZHANG Biao,WANG Xiao-qiang,TIAN Ying-jian,WANG Hao-jie,FU Hao-ran,CAO Li-ru(School of Mechanical Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471003,China)Abstract:The principle of workpiece surface strengthening by ultrasonic vibration rolling technology was described,the research statas of surface strengthening by ultrasonic vibration rolling technology was simmarized,and the development direction of surface strengthening re-search by ultrasonic vibration rolling technology at the present stage was indicated.According to the research idea for the ultrasonic vibra-tion rolling technology,the ultrasonic vibration shot peening technology was discussed.The strengthening principle and researches status of composite process of ultrasonic vibration surface strengthening and other technologies were introduced.The development direction of ultra-sonic vibration surface strengthening technology was prospected,including green and sustainable development,the combination of ultrasonic strengthening with other technologies,and the establishment of database between process parameters and strengthening effect.The current re-searches on ultrasonic vibration strengthening technology and ultrasonic vibration composite strengthening technology were summarized.Key words:surface strengthening;ultrasonic rolling;ultrasonic shot peening;ultrasonic vibration composite strengthening technology 引言材料的表层性能主要包含以下两个方面:一是材料的缺陷,主要指材料的表面粗糙度和裂纹及凹痕等;二是材料的显微组织、表层硬度和残余应力等。随着技术的发展,工件的使用朝着更高精度、更长使用寿命和更高疲劳强度的方向发展,但传统的机械表层强化工艺(如滚压1和喷丸2)会对工件产生一定强化效果,但存在局限性,如达不到表面粗糙度和硬度要求,甚至可能存在严重表层应力变形3,从而达不到工件工作的表层性能要求。超声振动表层强化技术将超声振动引入传统表层强化技术,使传统表层强化技术获得规律的振动冲击,工件表层获得一定塑性变形以达到强化工件表层性能的目的。超声振动表层强化技术具有改变工件表层硬度和残余应力、降低表层粗糙度、减小工作装置与工件的摩擦、延长工件的使用寿命以及大幅提升常规装置的潜力等优点4-6。超声振动表层强化技术因其优越的加工性能而在机械工业中得到广泛应用,主要包括超声滚压、超声喷丸,并且将超声振动表层强化技术与其他特种加工技术相结合,逐渐发展出超声滚压-激光脉冲、超声滚压-电火花沉积等多复合加工技术。在提升工件的表层性能方面解决了许多关键问题,取得了良好的效果,超声振动表面强化技术的发展如图 1 所示。本文首先针对超声振动滚压技术和超声振动喷丸技术技术的原理展开论述,在此基础上对不同超声强化表层工艺的研究现状进行总结,论述复合技术对工件表层的强化机理;针对超声振动表层强化工艺与非传统工艺相结合的复合工艺展开论述;最后对超声表面强化技术的发展进行展望。图 1 超声振动表面强化技术的发展Fig.1 Development of ultrasonic vibration surface strengthening technology1 超声振动强化技术研究现状1.1 超声振动滚压技术超声振动滚压技术是一种将传统滚压与超声振动技术相结合的复合加工工艺,在工件表面强化中得到了广泛使用。其原理是在常温下通过超声发生装置给予滚压头一定的超声振动,同时滚压头给予工件表面一定的静压力,使得工件表层发生冷作硬化。由于超声振动的存在,滚压头会对工件表层进行连续冲击,使工件表层产生一定的塑性变形,从而提升工件的表层性能。超声振动滚压加工原理如图 2 所示14,图中 n 为工件转速,F 为静压力,vf为超声振动滚压头进给速度,A 为振幅。超声振动滚压技术对工件表层性能影响的研究主要通过实验和软件仿真。两种研究方法均是针对工艺参数与工件表层强化效果之间的关系。众多学者研究并证明了超声振动滚压技术处理后工件表层性能远远优于传统滚压技术。许全军等7使用超声振动滚压技术对45 钢加工后,发现工件的屈服强度提高了 83.3%,加工硬化指数降低了68.3%。柳阳等8在合金表层添加一层 Al2O3粉末,经过超声滚压后,试样的表层形成一层厚度约为图 2 超声振动滚压加工原理示意图14Fig.2 Schematic diagram of ultrasonic vibration rolling processing principle147 m 的薄膜,使得基体粗糙度降低 50%,硬度提高 98%。进给量大小会影响工件的表层硬度。王晓强等9使用 Defrom-2D 软件建立了轴承套圈的仿真模型,针对进给量对工件表层性能进行了研究,如图3 所示,发现进给量越大,硬化层深度越薄,从而降低了工件表层硬度。进给速度也会对工件的表层粗糙度产生影响。SATTARI S 等10使用超声振动滚压对 Al-3vol%SiC71 第 2 期张 彪 等:超声振动表层强化技术研究现状及展望图 3 超声振动滚压加工进给量对表层硬度的影响9Fig.3 Influence of ultrasonic vibration rolling processing feeding amount on surface hardness9材料进行表面强化时发现,降低进给量可提高工件的表层粗糙度和提升表层硬度。王晓强等11使用Deform 有限元软件对 42CrMo 材料进行了超声振动滚压研究,发现表面粗糙度随着进给量增大而提高,如图 4 所示。图 4 超声振动滚压加工进给量对粗糙度的影响11Fig.4 Effect of ultrasonic vibration rolling processing feeding amount on roughness11进给量影响硬化层厚度,硬化层厚度又对表层残余应力存在影响。WU D 等12使用超声振动滚压对航空发动机叶片的表层性能进行了研究,发现超声振动滚压后工件的表层残余应力随着硬化层厚度的增加而减小。进给量大,工件表面受到的冲击和挤压不均匀,甚至出现加工跳跃,致使工件表层材料变形不均匀、不充分,加工硬化部分材料出现硬度和粗糙度的增加。静压力大小也会影响工件侧表层残余应力。BOZDANA A T 等13对 Ti-6Al-4V 薄壁工件实施了多种表面强化技术,发现相对于传统滚压技术,超声滚压技术采取低静压力即可对工件表层完成塑性变形。焦锋等14使用 ANSYS 软件对 12Cr2Ni4A 齿轮钢外圆建立了有限元模型,发现随着超声振动滚压加工静压力的增大,工件表层的残余压应力也呈正比增大,如图 5 所示。ZHANG Y L 等15通过调整静压力的大小对工件进行超声振动滚压实验,发现随着超声振动滚压静压力的增大,工件表层的粗糙度逐步降低,如图 6 所示。静压力的增加会增大工件表层的塑性应变能、塑性变形长度、晶粒细化程度以及位错密度,使得工件表层形成致密的残余应力层。图 5 超声振动滚压加工静压力对残余应力的影响14Fig.5 Effect of static pressure of ultrasonic vibration rolling processing on residual stress14部分学者进行了超声振动滚压技术对工件疲劳性能和使用寿命的影响研究。马梦阳等16使用超声滚压技术对 C53 钢材料的接触疲劳性能进行了研究,发现经过超声滚压加工,C53 钢的表层各方面性能均得到一定程度的提升,表层硬度提升了77.7 HV,表层残余压应力提升-1109.8 MPa;同时发现,针对 C53 钢材料,当静压力为 600 N 时,该材料的抗疲劳性能提升最显著。孙鑫等17对A100 钢螺纹在超声振动滚压后的牙根部分的表层性能进行了研究,发现表层残余应力提升了 70%,表层硬度提高了 14%,表层粗糙度降低了 51%,在600 MPa 的应力条件下,螺栓的使用寿命提高 5 倍。超声滚压技术对工件的表层强化,主要是对工件表层的微观重塑。工件表层受到均匀冲击,在一定程度上纠正晶粒的位错且产生明显晶界。在连续的冲击作用下,可以增加表层的残余应力,改变表层硬度,压平表层凸起峰,填满表层凹谷。采用超声振动滚压表面强化技术可以对多种塑性材料展开表面强化工作,对于薄壁工件具有适用性。但针对硬脆性材料的研究较少。科研人员可针对不同硬脆性材料的表层强化展开一定研究。1.2 超声振动喷丸技术超声振动喷丸是一种将传统喷丸与超声技术结合的复合表面强化工艺,是材料表层性能提升的一个新研究方向。超声振动喷丸的原理为将撞针或喷81塑性工程学报第 30 卷图 6 静压力对表面微观组织的强化15(a)600 N(b)800 N(c)1000 N(d)1200 NFig.6 Strengthen of static pressure on surface microstructure15丸室里的喷丸与超声振动工作装置相连接,通过超声振动工作装置上的撞针或喷丸对工件表层进行连续撞击,使得工件表层产生塑性变形18-20,如图 7所示21。超声喷丸可使工件表层的微观组织发生一定改变,以降低工件的表层粗糙度,提升表层硬度,提升表层残余应力,并且具有喷丸后工件的表层残余应力可以提高裂纹闭合效应等实用强化工件表层性能优点22。ZHANG Q 等23和刘辉等24通过开展超声振动喷丸(Ultrasonic Shot Peening,USP)与传统喷丸(Conventional Shot Peening,CSP)的对比实验,验证了超声振动喷丸技术优于传统喷丸技术。ZHANG Q 等23发现在相同的工艺参数下,CSP 处理比 USP处理的表面粗糙度更高,表面缺陷更多,表面和最大残余压应力更高。相比之下,CSP 处理样品的CRS 深度相对较低,如图 8 所示。刘辉等24发现在两种喷丸工艺参数相同时,超声振动喷丸残余应力的深度达到 0.16 m,传统喷丸只有 0.08 m,且图 7 超声喷丸加工原理示意图21Fig.7 Schematic diagram of ultrasonic shot peening21超声喷丸后试样的表层粗糙度比传统喷丸低。91 第 2 期张 彪 等:超声振动表层强化技术研究现状及展望图 8 超声喷丸与传统喷丸处理后工件表层微观组织23(a)传统喷丸后阿尔门高度达到 0.2(b)传统喷丸后阿尔门高度达到 0.3(c)超声喷丸后阿尔门高度达到 0.2(d)超声喷丸后阿尔门高度达到 0.3Fig.8 Surface microstructure of workpiece after ultrasonic shot peening and traditional shot peening23(a)Almen height reaches 0.2 after traditional shot peening(b)Almen height reaches 0.3 after traditional shot peening(c)Almen height reaches 0.2 after ultrasonic shot peening(d)Almen height reaches 0.3 after ultrasonic shot peening喷丸时间对表层粗糙度产生影响。FENG Y等25采用超声喷丸对不同粗糙度的 S355 钢试样进行实验,发现超声喷丸后对试样引入了折叠缺陷,超声喷丸时间和试样表层粗糙度决定了试样折叠缺陷的程度。经过优化超声喷丸工艺后,试样的疲劳寿命是未超声喷丸试样的两倍。过长的加工时间又会使得试样的疲劳寿命降低,甚至低于未超声喷丸试样。KUMAR P 等26发现超声喷丸持持续时间超过 30 s 会导致耐蚀性恶化,这是由于过度塑性变形导致粗糙度增加和局部开裂。针对不同的材料,适宜的喷丸时间并不相同,过短或过长的喷丸时间都可能导致工件表层强化效果甚微。喷丸热处理对工件表层性能产生影响。张聪慧等27使用超声喷丸技术对 350 不同时长下的 TC4展开了研究,结果表明,随着热处理时间的增加,工件的表层残余应力逐渐减小,但过长的热处理时长会使工件表层产生多源裂纹。喷丸数量会影响表层强化效果。ROUSSEAU T等28对 INCONEL 690 试样进行超声振动喷丸时发现丸粒数量对试样被强化深度及残余应力的影响较大,丸粒数量与试样的表层性能呈现正比。喷丸强度对工件表层性能产生影响。XU Q等29采用不同强度的喷丸对 TC2 材料加工,发现喷丸强度越大,工件表层的粗糙度越高,表层硬度越高,如图 9 所示。图 9 喷丸强度对表层硬度的影响29Fig.9 Effect of shot peening strength on surface hardness29ZHU L 等30采用超声喷丸方法在纯钛表面制备了纳米晶体-非晶体混合层,发现纳米晶体-非晶体混合层中的非晶化率随着喷丸时间、喷丸直径和超02塑性工程学报第 30 卷声电极振幅的增加或喷丸距离的减小而不断增加。实现的最大非晶化率为 44.09%。随着非晶化率的增加,表面硬度不断增加。VASYLYEV M A 等31在空气中对 Ti6Al4V 材料进行了超声喷丸工艺,发现一层厚度约为 12 m 的非晶态混合物氧化层,氧化层厚度随着时间增加在一定程度上提高了试样的表层性能。YIN F 等32-33采用超声振动喷丸工艺在纯铜表面成功制备了厚度约为 70 m 的纳米晶表面,发现表层硬度比粗晶材料提高了 30%,强化表面层的厚度约为 400 m,并对纯铜表面纳米化过程中的喷丸速度进行了测量和统计分析,对超声喷丸过程中的恢复系数进行了数学标定,如图 10 所示33。研究结果表明,超声喷丸冲击速度服从统计分布,得到纯铜表面纳米化过程中回复系数与冲击速度之间的关系式。图 10 超声喷丸冲击速度对恢复系数影响33Fig.10 Influence of ultrasonic shot peening impact velocity on recovery coefficient33超声振动喷丸对工件表层的微观形变影响主要表现为超声振动喷丸引起强化层晶粒的位错密度增加且导致晶体沿着滑移面排列,位错会引起晶体滑移和变形孪晶,而孪晶和位错的倍增又导致晶体破裂。在持续的表层振动冲击下,工件的表层硬度得到提升,粗糙度降低。晶粒细化和硬度增加可以防止裂纹的萌生。超声振动喷丸技术可以提升工件的表层残余应力,残余应力可延缓工件表层微裂纹的扩大。故超声振动喷丸技术可以有效延缓裂纹萌生并降低裂纹扩展速度。超声振动喷丸技术对大多数材料均具有适用性,但在目前的研究中,超声振动喷丸工艺参数的优化仍然具有很大的研究空间,如针对工艺参数与强化效果的优化关系,对工件表层性能(如表层硬度、表层残余应力、表层粗糙度等)与表层纳米化之间的关系等。2 超声振动复合技术研究现状2.1 激光脉冲-超声滚压复合技术激光脉冲-超声滚压复合工艺为先通过激光脉冲技术对工件表层进行等离子体冲击,使得表层材料发生晶体缺陷以达到细化晶粒目的,再对工件表层进行超声滚压技术,再次诱导工件表层材料发生晶粒细化,强化工件的表层性能。鲁金忠等34采用激光脉冲-超声滚压复合技术对 AZ91D 的表层性能展开了研究,发现经过复合工艺后工件表面粗糙度的波峰高度差由 1.427 m 降低到 0.664 m,且使用激光脉冲-超声滚压复合工艺将表层残余应力提高了 64.5%。激光脉冲-超声滚压复合工艺可以突破激光脉冲工艺对工件的塑性变形饱和,给予工件表层更大的残余应力,延缓工件表层裂痕的裂开速度。而激光冲击使工件的表层粗糙度增大,经过超声滚压技术,工件的粗糙度低于未加工工件的表层粗糙度,这是由于激光冲击对工件表层造成的“峰”和“谷”,被超声滚压技术将“峰”挤压到“谷”,做到平“峰”填“谷”。2.2 超声滚压-脉冲电流复合技术超声滚压-脉冲电流复合技术的原理是在超声滚压技术对工件进行工作时,将脉冲电流的电刷与工件接触,使得形成闭合回路。硬度较高材料的表层存在塑性变形困难,使用超声针对滚压技术时,将难以达到预期表层强化效果。高能脉冲电流对工件工作时,由于电致塑性效应,可使表层发生位错,配合超声振动滚压技术对工件表层的连续冲击,即可对硬性材料表层进行一定程度的优化。WANG H 等35采用超声滚压-脉冲电流复合技术对 304 不锈钢展开研究,发现脉冲电流有利于工件表层的纹愈合,并且耦合技术可改变表层显微硬度分布。张硕等36使用超声滚压-脉冲电流复合技术对淬火态 GCrl5 钢进行了表层材料强化处理,发现此耦合工艺可愈合试样表层微裂纹,复合工艺后的 工 件 硬 度 达 到 720 HV,表 层 粗 糙 度 达 到0.23 m,并且对比超声滚压工艺,超声滚压-脉冲电流复合工艺将硬化层深度提高了 100 m。在较低的脉冲电流密度下,表层会产生比超声振动滚压作用的晶粒更小的超细晶粒。随着脉冲电流密度的增加,超细晶粒开始长大,使得表层硬度下降。但超声滚压的持续工作,又可提升工件表层12 第 2 期张 彪 等:超声振动表层强化技术研究现状及展望硬度,加深硬化层深度。2.3 电火花沉积-超声滚压复合技术电火花沉积-超声滚压复合技术的原理为先使用电火花沉积技术对工件的损伤部位实施增材修复且根据工件的实际情况留出一定的加工余量;再使用合适的减材技术,使工件的修复层满足原零件的形状和尺寸要求;最后使用超声滚压技术对修复层进行一定的强化,以达到工件表层的使用精度和使用强度。中国人民解放军陆军装甲兵学院37提出了电火花沉积-超声滚压复合技术方法。该技术在电火花修复的基础上,对工件实行超声滚压技术。通过超声滚压技术对工件表层进行反复滚压和冲击,使工件表层产生塑性变形,强化了工件表层性能。2.4 超声振动滚压-离子渗氮复合技术超声滚压-离子渗氮复合技术的原理为先对工件进行超声振动滚压作预处理,再实施渗氮处理。先对工件实施超声,滚压技术可在一定程度上对工件的表层性能做出改变,并且改变工件的渗透率及渗透层厚度,达到表层强化目的。向文华等38采用超声滚压-离子渗氮复合技术对 316L 不锈钢的表层展开研究,发现采用超声滚压-离子渗氮耦合后试样的摩擦因数相较直接渗氮降低了 0.04,表层硬度为直接渗氮的 1.15 倍。ZHAO X H 等39在试样经过超声滚压后,对试样施行高能离子渗透技术,对工件的表面性能研究发现,经过超声滚压后,试样的渗入量增多,对比只渗透工艺,试样硬度提高 57.8%,渗入厚度提高 100%。超声振动滚压后试样的表层晶粒呈现梯度纳米结构,这为离子渗透提供了大量通道,致使渗透层厚度增加。两种技术相叠加,起到大幅提高工件的表层硬度和残余应力、降低表层粗糙度的作用。2.5 电火花加工-超声喷丸复合技术电火花加工的原理是在两个放电电极之间产生高温高压,使工件表面的金属迅速熔化,工件的表层变性层为重铸层,再使用超声振动喷丸技术对重铸层进行机械表层强化。SI C 等40采用超声喷丸对电火花加工后产生的重铸层进行了表面修复和强化,研究发现复合技术处理后表层性能与基材相比,重铸层具有更好的耐腐蚀性能,USP 可以进一步强化耐腐蚀性。电火花处理后,工件的重铸层和下面 TC4 合金的晶粒尺寸都被细化,细化区的深度将随着 USP 时间的增加而增加,经过晶粒细化工件表层耐腐蚀性得以提高。电火花技术对工件的加工使得重铸层的晶粒得到第一步细化,且重铸层厚度有限,再使用超声振动喷丸技术后,工件重铸层得到进一步加厚,且晶粒进一步得到细化,进而降低表层粗糙度,提升表层硬度,增大表层残余应力。2.6 激光熔覆-超声喷丸复合技术激光熔覆-超声喷丸复合技术的工作方法为先对工件进行激光熔覆处理,再使用超声振动喷丸技术对工件进行加工。ALHARBI N41使用激光熔覆-超声喷丸复合技术对 SS316L 材料进行加工后,发现表层粗糙度降低约 176%,表层硬度提升约 90%。当弹丸球径增加时,表层硬度提高较小,表层粗糙度存在一定程度提高;随着超声振动时间的增加,表层硬度先出现一定程度的增加,继而不再变化,最后急剧降低。激光熔覆先将工件表层进行一定程度的显微改性,使得表层部分奥氏体结晶变为马氏体晶体;超声振动喷丸的高频振动冲击使得工件表层被去峰填谷,同时对工件表层的孔隙进行填补,也将表层的未融颗粒进行振动按压,且在工件表层产生一定的残余应力。两种技术相结合对工件进行加工,使得工件表层的显微组织更加细化、均匀。2.7 限制模压变形-超声喷丸复合技术限制模压变形-超声喷丸复合技术的工作方法为先对工件进行限制模压变形处理,再使用超声振动喷丸技术对工件进行加工。黄庆国等42使用限制模压变形-超声喷丸复合技术对 AZ31 镁合金的表层改性展开研究,发现复合技术有效细化了 AZ31 镁合金表层晶粒,与未加工试样相比细化了 43.16%,表层最小平均晶粒达到 7.52 m;表层硬度与未加工试样相比提高了306.9%,达到 236 HV。并且,对经过限制模压变形技术的工件再使用超声振动喷丸技术时,工件的表层细化随着加工时间的增加而增加,晶粒组织趋于均匀状态,但硬度达到一定极限后便不再发生任何变化。工件的表层平均晶粒尺寸与表层硬度呈现反比,即平均晶粒尺寸越小,表层硬度越大。工件的表层平均晶粒尺寸越小,则表层微观组织均匀性越稳定,故此硬度越高。22塑性工程学报第 30 卷3 展望3.1 向绿色可持续方向发展绿色发展已经成为当前以及未来很长一段时间的发展核心。在超声复合技术中使用润滑液和冷却液的目的是降温减摩,如果使用后处理不当,将对环境造成一定污染。目前国内超声表面技术中对于使用冷却液和润滑液的研究较少。MADARKAR R等43已经展开了润滑液的研究,并发现了超声雾化产生的超细液滴增强了冷却和润滑。未来可以展开在不影响加工质量或者提高加工质量的前提下减少润滑液的使用或找到绿色可替代使用物的相关研究。同时,在工件加工过程中,超声装置中高速振动的部件之间的摩擦会产生较大噪音,对于超声装置的噪音控制也可展开一定研究,降低工作环境的声音污染。加工过程中,工作液的使用会产生有害气体,造成一定污染,超声装置的声音污染也会对工作者造成一定伤害等问题,未来研究超声振动表面强化技术应该尽量减小部件之间的摩擦,减少噪音对人体伤害的研究。3.2 超声强化与其他技术相复合展开多工艺复合提升表层质量研究。由于工件的使用环境不同,对工件的加工及使用要求越来越高,同时按照常规设计研发新技术成本投入太大。将两种工艺进行复合,对工件实施工作,强化工件的表层性能,在未来将会得到越来越多的使用。如,使用激光冲击-超声滚压复合工艺比激光冲击强化表层性能效果更好。目前,使用超声振动复合表面强化技术提升表层性能的研究仍然存在很大研究空间。大部分复合技术的研究只是针对工件的单一性能展开研究,并未研究将复合技术对工件的表层性能提升研究透彻,还存在很大机理空白知识点。在未来,扩展超声振动多工艺复合技术应用于提升工件表层性能是主要研究方向。3.3 建立工艺参数与表层强化效果数据库制造业研究的目的在于满足人类对于工具的使用要求。目前,众多学者使用超声振动表面强化技术只针对单一材料展开研究,未将众多研究成果进行归纳整理。在未来超声振表层强化技术可建立不同材料经过不同工艺的工艺参数加工后强化效果的数据库。便于使用人员查阅不同材料在不同加工参数加工后的表层强化效果。4 总结(1)超声表面强化技术依靠对工件的高频连续冲击,造成表层塑性变形,实现冷作硬化。不同超声振动复合技术适用于不同材料及表面情况。超声滚压适用于塑性材料,超声喷丸适用于表面非平面或圆柱面的工件。超声振动技术与机械表层强化技术结合有效地提升了工件的表层质量,为表层强化技术扩展了新思路。随着表层强化技术向着高效、超精密方向发展,超声振动复合技术的研究将会更加深入。(2)采用超声复合技术对工件表层的强化进行多工艺、单工艺的对比实验研究较少,无法从实验结果判定是单一工艺强化效果还是多工艺复合的强化效果对工件表层起到强化作用。(3)超声振动表面强化技术工艺参数与强化效果需要进一步研究,建立工艺参数与不同材料强化效果的数据库。继续深入探索超声振动技术表层强化的机理,细化不同工艺的工艺参数对材料的影响。(4)加快发展超声技术与多种工艺复合技术,如激光脉冲-超声滚压复合技术、超声滚压-离子渗氮复合技术等。参考文献:1 YING Z,WANG X,WANG S,et al.A review on the rolling technology of shape flat products J.International Journal of Ad-vanced Manufacturing Technology,2017,94(1-3):1-12.2 方军,詹玉婷,靳凯.喷丸工艺对 1Cr11Ni2W2MoV 钢螺母表面性能和显微组织的影响 J.机械工程材料,2022,46(2):31-34,42.FANG Jun,ZHAN Yuting,JIN Kai.Effect of shot peening process on surface properties and microstructure of 1Cr11Ni2W2MoV steel nuts J.Materials for Mechanical Engineering,2022,46(2):31-34,42.3 SHAW K D.Comparison between shot peening and surface nano-crystallization and hardening processes J.Materials Science and Engineering:A,2022,463(2):46-53.4 李礼,朱有利,吕光义,等.TC4 钛合金超声深滚表面强化技术的研究 J.材料工程,2008,(11):68-70,74.LI Li,ZHU Youli,L Guangyi,et al.Study on ultrasonic deep rolling surface strengthening technology of TC4 titanium alloy J.Journal of Materials Engineering,2008,(11):68-70,74.5 叶寒,赖刘生,李骏,等.超声滚压强化 7075 铝合金工件表面性能的研究 J.表面技术,2018,47(2):8-13.YE Han,LAI Liusheng,LI Jun,et al.Study on surface proper-ties of ultrasonic rolling strengthened 7075 aluminum alloy work-piece J.Surface Technology,2018,47(2):8-13.6 张勤俭,王会英,刘月明,等.30CrMoA 车轴材料超声表面32 第 2 期张 彪 等:超声振动表层强化技术研究现状及展望挤压强化技术研究 J.应用基础与工程科学学报,2015,(S1):177-184.ZHANG Qinjian,WANG Huiying,LIU Yueming,et al.Re-search on ultrasonic surface extrusion strengthening technology of 30CrMoA axle materials J.Chinese Journal of Applied Basic and Engineering Sciences,2015,(S1):177-184.7 许全军,龚宝明,刘秀国,等.超声滚压对 45 钢微观组织和力学性能的影响 J.表面技术,2022,51(1):339-347.XU Quanjun,GONG Baoming,LIU Xiuguo,et al.Effects of ul-trasonic rolling on microstructure and mechanical properties of 45 steel J.Surface Technology,2022,51(1):339-347.8 柳阳,王东坡,邓彩艳,等.Ti-6Al-4V 表面超声滚压制备Al2O3 膜层的微观组织及性能研究 J.材料工程,2015,43(7):8-13.LIU Yang,WANG Dongpo,DENG Caiyan,et al.Microscopic mi-crostructure and properties of Al2O3 film layer prepared by ultra-sonic rolling on Ti-6Al-4V surface J.Journal of Materials Engi-neering,2015,43(7):8-13.9 王晓强,徐少可,崔凤奎,等.轴承套圈表面超声滚挤压加工硬化模型 J.塑性工程学报,2019,26(3):231-237.WANG Xiaoqiang,XU Shaoke,CUI Fengkui,et al.Ultrasonic roll extrusion hardening model for bearing ring surface J.Jour-nal of Plasticity Engineering,2019,26(3):231-237.10SATTARI S,ATRIAN A.Effects of the deep rolling process on the surface roughness and properties of an Al-3vol%SiC nanoparti-cle nanocomposite fabricated by mechanical milling and hot extru-sion J.International Journal of Minerals Metallurgy&Materi-als,2017,24(7):814-825.11王晓强,刘鑫,姚国林,等.风电轴承材料超声滚挤压表面粗糙度数值模拟及参数优化 J.塑性工程学报,2020,27(9):20-26.WANG Xiaoqiang,LIU Xin,YAO Guolin,et al.Numerical simulation and parameter optimization of surface roughness of ultra-sonic roll extrusion of wind power bearing materials J.Journal of Plasticity Engineering,2020,27(9):20-26.12WU D,L H,WANG H,et al.Surface micro-morphology and re-sidual stress formation mechanisms of near net-shaped blade pro-duced by low-plasticity ultrasonic rolling strengthening processJ.Materials&Design,2022,215:110513.13BOZDANA A T,GINDY N N Z,LI Hua.Deep cold rolling with ultrasonic vibrationsA new mechanical surface enhancement technique J.Internati