表面滾壓強化技術(shù)研究與應(yīng)用進展

何嘉武，馬世寧，巴德瑪

(1.裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造工程系，北京100072;2.裝甲兵工程學(xué)院科研部，北京100072)

大多數(shù)金屬零件的磨損、腐蝕和疲勞等失效都是從表面開始，如機械傳動零件的磨損、發(fā)動機缸套的腐蝕、曲軸的疲勞斷裂等。因此，許多國家都在大力開發(fā)、研究和應(yīng)用表面強化處理技術(shù)來改善零件的表面性能。迄今為止，各種表面強化處理方法多達幾十種，這些方法各有優(yōu)缺點，適用于不同領(lǐng)域［1-2］。表面滾壓強化是一種較好的表面強化手段，對于降低零件表面的粗糙度、引入殘余壓應(yīng)力，改善零件的耐腐蝕、耐磨性和抗疲勞性能均具有重要意義［3-6］。滾壓工藝可以顯著降低合金鋼、鋁合金、銅合金等金屬的表面粗糙度，使鋼的表面粗糙度降低到0.04～0.32 μm，使鋁合金的表面粗糙度降低到0.1～0.8 μm，可部分替代傳統(tǒng)的磨削和拋光加工工藝［7-8］。另外，合金鋼表面滾壓強化處理后，表層硬度顯著提高，其硬化層厚度約為0.1～0.8 mm，高于噴丸處理的0.05～0.22 mm［9-10］。同時，由于該技術(shù)具有工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、效率高等優(yōu)點，其在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料記載［11］，工程機械和汽車發(fā)動機曲軸越來越多地采用圓角滾壓工藝進行強化，國外汽車發(fā)動機曲軸80%以上需經(jīng)圓角滾壓處理，而轎車發(fā)動機曲軸幾乎全部要通過圓角滾壓工藝進行強化。隨著滾壓技術(shù)的成功應(yīng)用，滾壓技術(shù)受到人們的普遍重視，近幾年來獲得了較快發(fā)展;而新型滾壓工具的研制成功，又在不斷拓寬滾壓技術(shù)的應(yīng)用范圍。

1 滾壓強化技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 滾壓強化技術(shù)原理及發(fā)展

滾壓表面強化技術(shù)是一種無切削的加工方法。滾壓過程中，通過驅(qū)動特制的滾壓工具(通常為淬火鋼、硬質(zhì)合金以及紅寶石等高硬度材料制成的滾柱、滾珠或滾輪等形狀的工具)在零件表面往復(fù)滾壓，其強化過程如圖1所示［12-13］。滾壓零件變形區(qū)可分為壓入?yún)^(qū)域、塑性變形區(qū)和彈性恢復(fù)區(qū)等幾部分，A為壓入?yún)^(qū)域，表層金屬材料產(chǎn)生塑性流動，填入到低凹的波谷中;B為塑性變形區(qū)，當(dāng)接觸壓力超過材料的屈服極限時，工件被滾壓工具滾壓發(fā)生塑性變形;C為彈性恢復(fù)區(qū)，當(dāng)滾壓工具逐漸離開被加工表面時，零件表面發(fā)生彈性恢復(fù)。表面滾壓強化可將機械加工表面不規(guī)則的波峰金屬擠進波谷，降低了表面粗糙度;同時，由于在金屬表面產(chǎn)生塑性變形，使表層晶粒組織細化，硬度提高，并形成了殘余壓應(yīng)力，從而使零件的耐蝕性、耐磨性、配合性和抗疲勞性能得到明顯改善。

圖1 表面滾壓過程

1.2 滾壓強化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.2.1 滾壓強化技術(shù)的發(fā)展

迄今為止，表面滾壓強化技術(shù)已有80～90 a的應(yīng)用歷史，德國早在1929年就提出了表面滾壓強化技術(shù)，美國、蘇聯(lián)在20世紀30年代先后開展了對該技術(shù)的研究，我國在1950年就出現(xiàn)了螺絲滾壓法［12-14］。近年來，表面滾壓強化技術(shù)的發(fā)展越來越快，已從普通滾壓發(fā)展到低塑性滾光［15-16］、深冷滾壓［17-18］、溫滾壓［19-20］等多種形式。另外，為實現(xiàn) 2種工藝的優(yōu)勢互補，獲得更好的表面性能，與其他工藝相結(jié)合已成為滾壓強化技術(shù)發(fā)展的一大趨勢，出現(xiàn)了振動與滾壓、超聲加工與滾壓、電化學(xué)光整與滾壓、激光冶金與滾壓等多種組合工藝。例如:振動滾壓和超聲波滾壓是在普通滾壓方式的基礎(chǔ)上，在工件進給方向上施加一個低頻或超聲波振動，工件既受到靜壓力的作用，又受到振動源引起的動壓力的作用，使形變與強化更為容易，處理后效果比普通滾壓更為明顯。王婷［21-22］、劉宇等［23］將超聲沖擊強化處理與滾壓強化技術(shù)相結(jié)合研制開發(fā)的超聲表面滾壓方法，使40Cr試樣表層晶粒細化至3～7 nm，表面粗糙度水平降至0.05 μm，表面硬度提高了63%，表面殘余壓應(yīng)力最高達到了-846 MPa，深度高達1 mm以上，有效改善了試樣的摩擦磨損性能。Berg等［24］將滾壓強化和退火處理工藝相結(jié)合，考察了鈦合金疲勞性能和缺口表面組織結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)該組合工藝能夠獲得較好的疲勞性能和斷裂韌性。Tsuji等［25-26］將鈦合金離子碳化后進行滾壓強化處理，并對疲勞性能、耐磨損性能和缺口敏感性等問題進行研究，結(jié)果表明:該復(fù)合工藝可以解決鈦合金離子碳化后疲勞性能降低的難題。

1.2.2 滾壓強化技術(shù)的應(yīng)用

滾壓強化技術(shù)適合軸類、套筒類零件內(nèi)外表面的強化處理，具有很強的實用性。天津大學(xué)內(nèi)燃機研究所通過滾壓強化技術(shù)對370Q和376Q型柴油機曲軸進行了強化處理，使其疲勞強度增加了92.3%，安全系數(shù)提高了近2倍［27］;柳州南方汽車缸套廠和河南英威東風(fēng)機械制造有限公司分別對汽車缸套與輪轂軸管進行的滾壓強化試驗表明，該技術(shù)使產(chǎn)品合格率得到大幅提高，產(chǎn)品的疲勞性能得到明顯改善［28-29］。隨著滾壓技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍明顯擴大，從傳統(tǒng)的鐵、鈦、鋁、銅、鎂等金屬［30］，擴展到了復(fù)合材料、表面膜層［31］和聚合物等等。駱金生［32］將數(shù)種非金屬或金屬薄膜材料粘接復(fù)合在一起，采用邊滾邊壓的方法，從而消除了各薄膜之間的氣泡，保證其表面質(zhì)量的光滑、平整。滾壓強化零件的類型也發(fā)生了較大的改變，已從普通車床圓柱滾壓發(fā)展到自由型面滾壓、工件端面滾壓等多種形式。盧新偉等［33］應(yīng)用自主設(shè)計的新型端面滾柱滾壓試驗系統(tǒng)，對T2銅工件端面進行了滾壓試驗，取得了較好的效果。肖大志等［34］對薄壁環(huán)形零件滾壓成形過程進行了有限元仿真和成形試驗，分析了試件變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律、力學(xué)特征、主要成形缺陷及成形極限，證明了采用滾壓強化工藝處理薄壁環(huán)形零件的可行性。劉志奇等［35］分析了漸開線花鍵冷滾壓的工藝過程與原理，給出了求解花鍵冷滾壓成形工藝參數(shù)的方法，并結(jié)合試驗分析了零件變形區(qū)的金屬流動規(guī)律、組織形成機理與塑性變形對成形性能的影響，試驗所得零件無缺陷，且硬度和耐磨性等得到大幅度提高，可滿足使用要求。裝甲兵工程學(xué)院在裝備維修中，探索了在重載零件堆焊修復(fù)加工表面上進行滾壓強化(見圖2)，并表征了滾壓強化層的組織結(jié)構(gòu)，研究表明:按一定工藝參數(shù)進行的滾壓表面，可在堆焊層表面形成納米尺度的晶粒結(jié)構(gòu)，其表面硬度、耐磨性、殘余應(yīng)力等均有明顯改善［36］。表面滾壓強化后工件，特別是修復(fù)層等表面強化效果重復(fù)性較差，是影響該技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個主要原因。

圖2 某型坦克曲臂堆焊修復(fù)層預(yù)壓力滾壓處理過程

2 滾壓強化技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 滾壓強化工藝研究現(xiàn)狀

在滾壓強化工藝中，滾壓力、滾壓速度、滾壓道次和滾壓刀具的幾何形狀及尺寸是影響滾壓強化效果和質(zhì)量的主要工藝參數(shù)。要獲得較好的表面質(zhì)量，必須優(yōu)化出適宜的參數(shù)。

2.1.1 試驗研究

關(guān)于滾壓表面強化的試驗研究很多，主要是分析滾壓參數(shù)對不同材料滾壓處理后試樣表面粗糙度、加工硬化程度、殘余應(yīng)力和疲勞強度的影響并進行參數(shù)優(yōu)化。胡寧靜等［37］利用正交設(shè)計建立了各種工藝參數(shù)與表面粗糙度的關(guān)系;楊運勤［38］以單缸柴油機曲軸為例，采用“正交試驗法”對滾壓工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，把擇優(yōu)選出的工藝參數(shù)納入生產(chǎn)工藝，取得了良好的效果;夏偉等［39］應(yīng)用恒力式滾壓工具對6061鋁合金進行了強化處理，分析了進給量、滾壓力和滾壓次數(shù)對有無潤滑條件下的微動磨損體積的影響，獲得了潤滑條件下最優(yōu)滾壓工藝參數(shù)，得到最小的微動磨損體積僅為未處理試樣平均微動磨損體積的46.2%。另外，滾壓過程中滾壓工具和工件表面的接觸處會產(chǎn)生較大的摩擦，在工件次表面產(chǎn)生剪切應(yīng)力并對零件表面造成劃傷［40］，會對零件的抗疲勞性能產(chǎn)生不利影響。為減小這一不利因素的影響，通常的解決方法是采用具有極低表面粗糙度的滾壓體并加強潤滑，以及精確控制滾壓頭的運動以減少潤滑等［41］。

2.1.2 有限元仿真分析

針對試驗選取滾壓工藝參數(shù)方法成本高、結(jié)論不具備普適性等不足，國內(nèi)外專家著手通過仿真方法研究滾壓后零件的塑性變形規(guī)律，為工藝優(yōu)化和實際應(yīng)用尋找方法和依據(jù)。通過有限元進行仿真分析可以降低試驗和調(diào)試次數(shù)，節(jié)省人力物力，為大幅度提高滾壓強化效果奠定基礎(chǔ)。該方法已成為分析優(yōu)化滾壓強化工藝的一種重要手段。韓少軍等［42-45］采用 ANSYS、ABAQUS 和 Marc 等有限元軟件對滾壓強化過程進行模擬，研究滾壓工藝參數(shù)對強化處理后殘余應(yīng)力和變形的影響規(guī)律，判斷工件力學(xué)性能的變化，為滾壓工藝參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。薛隆泉等［46-47］針對滾壓強化中存在滑動的問題，從運動學(xué)角度對曲軸滾壓的運動和滾壓工具結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了設(shè)計優(yōu)化，為滾刀參數(shù)及滾壓工藝參數(shù)的合理設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ);此外，還基于最佳殘余應(yīng)力理論，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法得到了與具體工況相對應(yīng)的滾壓深度、滾輪傾角、圓角尺寸等最佳工藝參數(shù)，為實際生產(chǎn)提供可靠的參考。劉榮昌等［48-51］對曲軸圓角滾壓工藝進行了較多的數(shù)值模擬研究，分析了滾壓工藝、曲軸材料和滾壓工具參數(shù)等因素對圓角滾壓層殘余應(yīng)力和曲軸疲勞強度的影響，為曲軸滾壓工藝工程實際應(yīng)用提供了參考和理論支撐。鮑珂等［52］建立了鑄鐵曲軸和強化滾輪的接觸有限元模型，通過模擬滾輪壓入、相對運動和滾輪卸載等滾壓過程，得到了圓角滾壓的殘余應(yīng)力，并得到滾壓殘余應(yīng)力為平均應(yīng)力，對鑄鐵曲軸進行彎曲疲勞分析，得到了曲軸圓角危險位置的壽命。

通過試驗和模擬分析找出最佳滾壓工藝參數(shù)，獲得所需表面質(zhì)量，是從事滾壓工藝研究工作的專家學(xué)者研究方向之一。

2.2 滾壓強化機理研究現(xiàn)狀

表面滾壓對金屬零件的強化作用主要體現(xiàn)在改善表層組織結(jié)構(gòu)、降低表面粗糙度、提高表層硬度和形成殘余壓應(yīng)力4個方面。力學(xué)性能對微觀組織非常敏感，細晶組織擁有優(yōu)良的抗變形能力，因而其拉伸性能、塑性和抗疲勞性能均可獲得提高。由于滾壓能夠改善材料的表層組織，因此提高了零件的力學(xué)性能。Altenberger等［53］通過透射電鏡觀察研究了滾壓與激光沖擊強化處理后鈦合金和不銹鋼表層微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，認為滾壓強化加工硬化層的高溫穩(wěn)定性對其疲勞性能的提高有很大影響。張建斌等［54］研究表明:滾壓強化過程中形成的大量位錯以及孿晶-晶界之間的相互纏結(jié)作用使工業(yè)純鈦的疲勞強度得到有效提高。任濤林等［55］通過對 Q235板坯采取滾珠滾壓的處理，后經(jīng)再結(jié)晶退火工藝獲得了表面細晶組織和心部粗晶組織的復(fù)合組織。白濤等［56］在室溫空氣中和液氮中對304L不銹鋼進行了表面機械滾壓處理，在試樣表層形成納米晶組織，還使內(nèi)部產(chǎn)生了大量的內(nèi)晶界和機械孿晶，并發(fā)生了顯著的馬氏體相變。滾壓強化處理通過劇烈的塑性變形使試樣表面位錯增殖、滑移、交割和纏結(jié)，致使組織細化，導(dǎo)致位錯運動阻力增大，引起變形抗力增加，其直接表現(xiàn)就是材料力學(xué)性能的改善。Nikitin等［57-61］通過試驗分析了AISI 304不銹鋼滾壓與激光噴丸表面強化產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力和加工硬化層的熱穩(wěn)定性，并分析其對疲勞性能的影響，闡述了相關(guān)的機理。楊冰等［62］觀察分析LZ50鋼表面滾壓處理前后試樣的疲勞短裂紋行為，分析認為，該工藝提高了材料表層硬度，引入了高值殘余壓應(yīng)力，有效地抑制了微裂紋萌生與擴展，削弱了短裂紋群體效應(yīng)對裂紋擴展的促進，達到改善材料局部抗疲勞性能的目的。魯連濤等［63］在研究滾壓強化處理對高碳鉻軸承鋼超長壽命疲勞行為影響時發(fā)現(xiàn):在高應(yīng)力低壽命區(qū)，處理前后試樣疲勞裂紋均萌生于試樣表面，因表面壓殘余應(yīng)力的存在，疲勞強度有所提高;在低應(yīng)力高壽命區(qū)，未處理試樣疲勞裂紋萌生于次表面，處理試樣疲勞裂紋萌生位置轉(zhuǎn)移至試樣內(nèi)部沒有殘余壓應(yīng)力和硬化層的部位，疲勞強度有了較大的提高。Juijerm等［64-70］通過X射線衍射技術(shù)對滾壓處理的AA6110-T6鋁合金的殘余應(yīng)力及其對疲勞性能的影響進行了系統(tǒng)研究，分析了不同溫度下應(yīng)力松弛行為與機理，并闡明了對疲勞性能的作用。滾壓強化處理能夠在試樣表層形成殘余壓應(yīng)力區(qū)，在一定程度上減小了載荷的應(yīng)力水平，同時抑制了裂紋的形核與擴展，大大提高了材料的抗疲勞性能;另外，滾壓強化處理后，試樣表面粗糙度明顯降低，被處理部位過渡圓滑，降低了應(yīng)力集中，削弱了幾何缺口效應(yīng)的影響，有利于材料抗疲勞性能的提高。

目前，對降低表面粗糙度和引入殘余壓應(yīng)力等強化機理的試驗研究較為深入，對組織強化機理的試驗研究很少;而相對試驗研究而言，滾壓機理的理論分析比較薄弱，其機理有待深入研究和完善。

2.3 滾壓強化技術(shù)工具研究

根據(jù)施加載荷的特點，可將滾壓工具分為彈性滾壓工具和剛性滾壓工具。彈性滾壓工具可以保持恒定的滾壓力，適合曲面的強化處理;剛性滾壓工具能夠?qū)崿F(xiàn)壓入量的準確控制，可滿足更高表面要求的工件處理。隨著不同裝備零部件表面強化需求的增加，滾壓工具也有了很多的改進，出現(xiàn)了液壓滾珠式、鉆石刀頭式、環(huán)形式、滾壓力恒定式、TiN涂層式、傳感器式等多種工具。孫永紅等［71］設(shè)計了一種多錐滾子可調(diào)式剛性滾壓工具，并通過試驗優(yōu)化了工藝參數(shù)，將其應(yīng)用于大直徑缸體滾壓處理，可使加工質(zhì)量得到大幅度提高，取得了顯著的經(jīng)濟效益。周航等［72］設(shè)計了一種避免細長軸滾壓強化過程中發(fā)生彎曲變形的裝置，對氣彈簧活塞桿進行的滾壓試驗證明該裝置十分有效。王曉軍等［73］設(shè)計加工的深孔內(nèi)表面滾壓加工硬質(zhì)合金滾壓工具，在液壓元件廠、工程機械廠和柴油機廠等單位進行了應(yīng)用，取得了較好的效果。劉俊生等［74］根據(jù)脈沖滾壓原理，設(shè)計制造了內(nèi)孔滾壓工具，使用效果良好，被加工零件的表面粗糙度、表面硬度和精度都有顯著提高。由上述可見:研制開發(fā)新型滾壓工具、引入自動數(shù)控加工與智能控制方面的技術(shù)，使?jié)L壓能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的零部件型面強化的需求，進一步拓展該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，是滾壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。

3 滾壓強化技術(shù)實際應(yīng)用中存在的問題

3.1 國外滾壓強化技術(shù)發(fā)展中存在的問題

表面滾壓強化技術(shù)能夠顯著改善曲軸、缸套、機械傳動等裝備關(guān)鍵零部件的耐磨損和抗疲勞性能，在航空航天、武器裝備、車輛船舶等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但目前該技術(shù)的研究還不能令人十分滿意，要得到進一步發(fā)展和更廣泛應(yīng)用，必須在工藝優(yōu)化、性能提升和機理探討等方面進行深入研究。首先，必須解決的是實現(xiàn)滾壓強化效果的可重復(fù)性，獲得高效穩(wěn)定的強化處理工藝，對于合金，試驗的重復(fù)性相對較好，但對于聚合物和修復(fù)層，滾壓效果重復(fù)性一般較差，如何獲得不同類型工件表層預(yù)期的強化效果，是該技術(shù)廣泛應(yīng)用亟待解決的一個問題;其次，目前對表面滾壓強化機理的研究和認識還不夠，存在爭議，需加強強化機理和主要影響因素作用的研究，但研究理論和方法相對薄弱，如前所述，通過數(shù)值模擬的方法進行工藝優(yōu)化和理論分析是一種較為有效的手段，但數(shù)值模擬所描述的滾壓過程是一組非線性偏微分方程的相互耦合，難以求得解析解，在得出理論表達式的過程中，不得不采用各種近似措施和假設(shè)條件以簡化求解過程，這些近似措施的合理性目前仍存在問題;最后，還需加快研制高效的自動化強化設(shè)備，使之能夠真正應(yīng)用于生產(chǎn)實際。

3.2 我國滾壓強化技術(shù)發(fā)展中存在的問題

20世紀50年代初，我國開始發(fā)展?jié)L壓強化技術(shù)，西安工業(yè)學(xué)院、廣西大學(xué)、天津大學(xué)內(nèi)燃機研究所、天津內(nèi)燃機廠、上海高斯通船舶配件有限公司等在滾壓設(shè)備和滾壓工具等方面的研究取得了較大進展。隨后，國內(nèi)許多高校與研究機構(gòu)也先后開展了相關(guān)的研究工作，重點集中在滾壓強化層性能、微觀組織結(jié)構(gòu)、滾壓強化機理及工藝等方面，如華南理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、河南科技大學(xué)、貴州大學(xué)、解放軍理工大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院等都在進行探索性的研究工作，使我國滾壓強化技術(shù)的基礎(chǔ)研究工作與國際基本同步。然而，受到在滾壓強化新設(shè)備研發(fā)方面投入少、企業(yè)應(yīng)用開發(fā)能力弱等方面的影響，我國在這2方面的研究明顯落后于國外，例如:對復(fù)雜曲面和結(jié)構(gòu)進行滾壓強化缺少研究與開發(fā)，沒能形成技術(shù)體系，也缺少后續(xù)技術(shù)研發(fā);在應(yīng)用領(lǐng)域上，國外滾壓強化技術(shù)已在維修領(lǐng)域進行了較廣泛的應(yīng)用研究，如采用滾壓強化技術(shù)對堆焊、噴涂、刷鍍等修復(fù)的零件進行強化，尤其適合于通過堆焊技術(shù)修復(fù)的關(guān)鍵零部件，如車輛、船舶、飛機的曲軸，工程機械液壓缸活塞柱體等零部件堆焊修復(fù)后均可采用滾壓強化技術(shù)進行強化，具有成本低、效率高、效果好的優(yōu)勢，而我國在該領(lǐng)域的應(yīng)用研究則非常有限。

4 滾壓強化技術(shù)重點研究方向與展望

表面滾壓強化技術(shù)是一種高效率、低成本，又能夠?qū)崿F(xiàn)工件表面強化的綠色制造技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。其機理研究、工藝優(yōu)化及應(yīng)用領(lǐng)域等仍有較大的發(fā)展空間，應(yīng)著重強化以下研究工作。

1)繼續(xù)加深強化機理，尤其是組織強化機理方面的研究，為滾壓強化技術(shù)的工藝優(yōu)化和實際應(yīng)用提供指導(dǎo)。滾壓表層組織結(jié)構(gòu)研究屬于該領(lǐng)域的新進展，采用試驗觀察分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究滾壓力、滾壓速度、滾壓道次和滾壓刀具幾何形狀等關(guān)鍵工藝條件，對不同材料滾壓強化層晶粒尺寸、微觀應(yīng)力、微觀應(yīng)變和宏/微觀組織結(jié)構(gòu)等的影響規(guī)律，確立微觀組織結(jié)構(gòu)與殘余應(yīng)力、疲勞強度等宏觀力學(xué)性能之間的關(guān)系，獲取處理工藝與性能之間的對應(yīng)關(guān)系，闡明相關(guān)的強化機理，探究微觀塑性應(yīng)變與宏觀工藝之間的聯(lián)系是該技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。

2)持續(xù)開展?jié)L壓工藝優(yōu)化研究，依據(jù)被滾壓材料的物理特性，選擇合理的滾壓方式、設(shè)計合適的滾壓工具，并對工藝進行優(yōu)化，探討穩(wěn)定可靠的工藝參數(shù)，以實現(xiàn)強化質(zhì)量和效率雙優(yōu)，適應(yīng)復(fù)雜零部件型面表面強化的需求。

3)進行可控殘余應(yīng)力場研究，獲得與加載方向相同而非垂直的殘余壓應(yīng)力狀態(tài)會更有利于強化作用，但目前對滾壓殘余應(yīng)力場的研究只處于起步階段，對殘余應(yīng)力進行控制也就更復(fù)雜，對其進行持續(xù)研究有利于工藝優(yōu)化和強化層性能的提升。

4)進一步拓展?jié)L壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，通過產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合，加強研究單位與企業(yè)合作，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，將滾壓強化技術(shù)應(yīng)用于各類零件的制造與維修領(lǐng)域，是該技術(shù)發(fā)展的重點研究方向。

［1］ 徐濱士，朱紹華.表面工程的理論與技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2010.

［2］ 王學(xué)武.金屬表面處理技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2012.

［3］ Drechsler A，D?rr T，Wagner L.Mechanical Surface Treatments on Ti-10V-2Fe-3Al for Improved Fatigue Resistance［J］.Materials Science and Engineering:A，1998，243(1/2):217-220.

［4］ Altenberger I，Scholtes B，Martin U，et al.Cyclic Deformation and Near Surface Microstructures of Shot Peened or Deep Rolled Austenitic Stainless Steel AISI 304［J］.Materials Science and Engineering:A，1999，264(1/2):1-16.

［5］ Majzoobi G H，Azadikhah K，Nemati J.The Effects of Deep Rolling and Shot Peening on Fretting Fatigue Resistance of Aluminum-7075-T6［J］.Materials Science and Engineering:A，2009，516(1/2):235-247.

［6］ Nalla R K，Altenberger I，Noster U，et al.On the Influence of Mechanical Surface Treatments-deep Rolling and Laser Shock Peening on the Fatigue Behavior of Ti-6Al-4V at Ambient and Elevated Temperatures［J］.Materials Science and Engineering:A，2003，355(1/2):216-230.

［7］ 宋玉泉，徐振國，趙潑，等.金屬平面滾壓塑性精加工的實驗分析［J］.吉林大學(xué)學(xué)報，2006，36(2):188-194.

［8］ 李風(fēng)雷，夏偉，周照耀.滾柱滾壓表面光整機理的解析分析和實驗驗證［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報，2008，36(8):98-103.

［9］ Brinksmeier E，Garbrecht M，Meyer D.Cold Surface Hardening［J］.CIRP Annals-manufacturing Technology，2008，57(1):541-544.

［10］ Altenberger I，Nalla R K，Sano Y，et al.On the Effect of Deeprolling and Laser-peening on the Stress-controlled Low and High Cycle Fatigue Behavior of Ti-6Al-4V at Elevated Temperatures up to 550 ℃［J］.International Journal of Fatigue，2012，44:292-302.

［11］ 李海國，李滿良.曲軸圓角滾壓強化工藝綜述［J］.山東農(nóng)機，2002(2):16-20.

［12］ 周航，周旭東，周宛.金屬零件表面滾壓強化技術(shù)的現(xiàn)狀與展望［J］.工具技術(shù)，2009，43(12):18-22.

［13］ Hassan A M.An Investigation into the Surface Characteristics of Burnished Cast Al-Cu Alloys［J］.International Journal of Machine Tools and Manufacture，1997，37(6):813-821.

［14］ Wang T，Wang D P，Liu G.Investigations on the Nanocrystallization of 40Cr Using Ultrasonic Surface Rolling Processing［J］.Applied Surface Science，2008，255(5):1824-1829.

［15］ Balland P，Tabourot L，Degre F，et al.Mechanics of the Burnishing Process［J］.Precision Engineering，2013，37(1):129-134.

［16］ Balland P，Tabourot L，Degre F，et al.An Investigation of the Mechanics of Roller Burnishing Through Finite Element Simulation and Experiments［J］.International Journal of Machine Tools and Manufacture，2013，65:29-36.

［17］ Meyer D，Brinksmeier E，Hoffmann F.Surface Hardening by Cryogenic Deep Rolling［J］.Procedia Engineering，2011，19:258-263.

［18］ Meyer D.Cryogenic Deep Rolling:An Energy Based Approach for Enhanced Cold Surface Hardening［J］.CIRP Annals-manufacturing Technology，2012，61(1):543-546.

［19］ 劉香茹，周旭東，周航.45鋼帶槽軸溫塑性滾壓強化的數(shù)值模擬［J］.河南科技大學(xué)學(xué)報，2010，31(3):1-7.

［20］ 周航.溫滾壓表面強化技術(shù)研究［D］.洛陽:河南科技大學(xué)，2010.

［21］ 王婷，王東坡，劉剛，等.40Cr超聲表面滾壓加工納米化［J］.機械工程學(xué)報，2009，45(5):177-183.

［22］ 王婷，王東坡，沈煜，等.超聲表面滾壓加工參數(shù)對40Cr表面粗糙度的影響［J］.天津大學(xué)學(xué)報，2009，42(2):168-172.

［23］ 劉宇，王立君，王東坡，等.超聲表面滾壓加工40Cr表層的納米力學(xué)性能［J］.天津大學(xué)學(xué)報，2012，45(7):656-661.

［24］ Berg A，Kiese J，Wagner L.Microstructural Gradients in Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo for Excellent HCF Strength and Toughness［J］.Materials Science and Engineering:A，1998，243(1/2):146-149.

［25］ Tsuji N，Tanaka S，Takasugi T.Evaluation of Surface-modified Ti-6Al-4V Alloy by Combination of Plasma-carburizing and Deeprolling［J］.Materials Science and Engineering:A，2008，488(1/2):139-145.

［26］ Tsuji N，Tanaka S，Takasugi T.Effect of Combined Plasma-carburizing and Deep-rolling on Notch Fatigue Property of Ti-6Al-4V Alloy［J］.Materials Science and Engineering:A，2009，499(1/2):482-488.

［27］ 唐琦，董宏，朱棣，等.用深滾壓技術(shù)提高曲軸疲勞強度的應(yīng)用研究［J］.汽車技術(shù)，2005(8):31-33.

［28］ 許正功，陳宗帖，黃龍發(fā).表面形變強化技術(shù)的研究現(xiàn)狀［J］.裝備制造技術(shù)，2007(4):69-71.

［29］ 王玲，侯曉東，郭立志.滾壓加工在汽車零部件加工中的應(yīng)用［J］.金屬加工，2009(2):30-31.

［30］ Wagner L.Mechanical Surface Treatments on Titanium，Aluminum and Magnesium Alloys［J］.Materials Science and Engineering:A，1999，263(2):210-216.

［31］ Pan C，Liu L，Li Y，et al.Passive Film Growth Mechanism of Nanocrystalline 304 Stainless Steel Prepared by Magnetron Sputtering and Deep Rolling Techniques［J］.Electrochimica Acta，2011，56(22):7740-7748.

［32］ 駱金生.合成薄膜材料用滾壓膠合裝置［J］.航天工藝，1992(2):48.

［33］ 盧新偉，趙婧，夏偉，等.T2銅端面滾柱滾壓表面性能［J］.中國表面工程，2012，25(2):109-114.

［34］ 肖大志，樊澤興，楊成林.薄壁環(huán)形零件滾壓成形研究［J］.材料科學(xué)與工藝，2006，14(1):75-77.

［35］ 劉志奇，宋建麗，李永堂，等.漸開線花鍵冷滾壓精密成形工藝分析及試驗研究［J］.機械工程學(xué)報，2011，47(14):32-38.

［36］ 馬世寧，巴德瑪，何嘉武.堆焊層表面基于納米晶的耐磨減磨復(fù)合層的制備及其摩擦學(xué)行為研究［Z］.北京:裝甲兵工程學(xué)院，2012.

［37］ 胡寧靜，胡蓉蓉，胡道秋.滾壓工藝國內(nèi)外的發(fā)展動向［J］.湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，1994，16(2):98-103.

［38］ 楊運勤.單缸柴油機曲軸圓角滾壓工藝淺析［J］.廈門城市職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2012，14(1):70-74.

［39］ 夏偉，李風(fēng)雷，唐正強，等.滾壓對6061鋁合金微動磨損性能的影響［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報，2011，39(1):84-89.

［40］ Black A J，Kopalinsky E M，Oxley P L B.Analysis and Experimental Investigation of a Simplified Burnishing Process［J］.International Journal of Mechanical Sciences，1997，39(6):629-641.

［41］ Morimoto T.Effect of Lubricant Fluid on the Burnishing Process Using a Rotating Ball-tool［J］.Tribology International，1992，25(2):99-106.

［42］ 韓少軍，李召富.曲軸滾壓強化殘余變形的有限元分析［J］.中國水運，2009，9(4):107-108.

［43］ 劉福超，雷麗萍，曾攀.滾壓有限元模型數(shù)值模擬［J］.塑性工程學(xué)報，2012，19(2):17-21.

［44］ 毛華杰，沈小燕.粉末冶金件表面滾壓塑性變形強化過程的數(shù)值模擬［J］. 熱加工工藝，2010，39(11):110-114.

［45］ 王生武，溫愛玲，邴世君，等.滾壓強化的殘余應(yīng)力的數(shù)值仿真及工藝分析［J］.計算力學(xué)學(xué)報，2008，25(S1):113-118.

［46］ 薛隆泉，劉榮昌，崔亞輝.曲軸圓角滾壓運動及結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計［J］.機械工程學(xué)報，2002，38(1):146-148.

［47］ 薛隆泉，徐國寧，劉榮昌，等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的曲軸最佳滾壓參數(shù)的研究［J］.內(nèi)燃機工程，2007，28(4):61-64.

［48］ 劉榮昌，薛隆泉，馬淑英，等.曲軸圓角滾壓強化載荷-應(yīng)力關(guān)系的研究［J］.內(nèi)燃機工程，2004，25(6):44-48.

［49］ 劉榮昌，薛隆泉，王慧武，等.曲軸圓角滾壓強化加載范圍與原則的研究［J］.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2005，36(2):119-122.

［50］ 劉榮昌，薛隆泉，馮利臻，等.曲軸滾壓加工的數(shù)值模擬［J］.內(nèi)燃機學(xué)報，2008，26(3):283-287.

［51］ 劉榮昌，孫華東，焦洪磊，等.曲軸滾壓的顯式動力學(xué)分析［J］.內(nèi)燃機學(xué)報，2009，27(5):463-468.

［52］ 鮑珂，廖日東，左正興.考慮滾壓強化作用的鑄鐵曲軸彎曲疲勞分析［J］.兵工學(xué)報，2011，32(8):918-925.

［53］ Altenberger I，Stach E A，Liu G，et al.An in Situ Transmission Electron Microscope Study of the Thermal Stability of Near-surface Microstructures Induced by Deep Rolling and Laser-shock Peening［J］.Scripta Materialia，2003，48(12):1593-1598.

［54］ 張建斌，馬勤，周琦，等.表面強化對工業(yè)純鈦顯微組織的影響［J］.中國有色金屬學(xué)報，2001，11(6):1037-1040.

［55］ 任濤林，謝濱濤，徐文臣，等.Q235鋼滾珠滾壓表面變形分布規(guī)律及微觀組織演變［J］.鍛壓技術(shù)，2010，35(1):59-62.

［56］ 白濤，李東，關(guān)凱書.機械滾壓對304L不銹鋼組織和性能的影響［J］.金屬學(xué)報，2011，47(11):1459-1463.

［57］ Nikitin I，Scholtes B，Maier H J，et al.High Temperature Fatigue Behavior and Residual Stress Stability of Laser-shock Peened and Deep Rolled Austenitic Steel AISI 304［J］.Scripta Materialia，2004，50(10):1345-1350.

［58］ Nikitin I，Altenberger I，Maier H J，et al.Mechanical and Thermal Stability of Mechanically Induced Near-surface Nanostructures［J］.Materials Science and Engineering:A，2005，403(1/2):318-327.

［59］ Nikitin I，Altenberger I.Comparison of the Fatigue Behavior and Residual Stress Stability of Laser-shock Peened and Deep Rolled Austenitic Stainless Steel AISI 304 in the Temperature Range 25-600℃［J］.Materials Science and Engineering:A，2007，465(1/2):176-182.

［60］ Nikitin I，Besel M.Residual Stress Relaxation of Deep-rolled Austenitic Steel［J］.Scripta Materialia，2008，58(3):239-242.

［61］ Nikitin I，Besel M.Correlation Between Residual Stress and Plastic Strain Amplitude during Low Cycle Fatigue of Mechanically Surface Treated Austenitic Stainless Steel AISI 304 and Ferritic-pearlitic Steel SAE 1045［J］.Materials Science and Engineering:A，2008，491(1/2):297-303.

［62］ 楊冰，趙永翔.表面滾壓對LZ50車軸鋼疲勞短裂紋行為的影響［J］.金屬學(xué)報，2012，48(8):922-928.

［63］ 魯連濤，鹽澤和章，姜燕.深層滾壓加工對高碳鉻軸承鋼超長壽命疲勞行為的影響［J］.金屬學(xué)報，2006，42(5):515-520.

［64］ Juijerm P，Altenberger I.Fatigue Behavior of Deep Rolled Al-Mg-Si-Cu Alloy at Elevated Temperature［J］.Scripta Materialia，2006，55(10):943-946.

［65］ Juijerm P，Noster U，Altenberger I，et al.Fatigue of Deep Rolled AlMg4.5Mn(AA5083)in the Temperature Range 20-300℃［J］.Materials Science and Engineering:A，2004，379(1/2):286-292.

［66］ Juijerm P，Altenberger I.Residual Stress Relaxation of Deeprolled Al-Mg-Si-Cu Alloy During Cyclic Loading at Elevated Temperatures［J］.Scripta Materialia，2006，55(12):1111-1114.

［67］ Juijerm P，Altenberger I.Effect of Temperature on Cyclic Deformation Behavior and Residual Stress Relaxation of Deep Rolled Under-aged Aluminium Alloy AA6110 ［J］.Materials Science and Engineering:A，2007，452-453(15):475-482.

［68］ Juijerm P，Altenberger I.Effect of High-temperature Deep Rolling on Cyclic Deformation Behavior of Solution-heat-treated Al-Mg-Si-Cu Alloy［J］.Scripta Materialia，2007，56(4):285-288.

［69］ Juijerm P，Altenberger I.Effective Boundary of Deep-rolling Treatment and its Correlation with Residual Stress Stability of Al-Mg-Mn and Al-Mg-Si-Cu Alloys［J］.Scripta Materialia，2007，56(9):745-748.

［70］ Juijerm P，Altenberger I，Scholtes B.Influence of Ageing on Cyclic Deformation Behavior and Residual Stress Relaxation of Deep Rolled As-quenched Aluminium Alloy AA6110［J］.International Journal of Fatigue，2007，29(7):1374-1382.

［71］ 孫永紅，張平.一種新型大直徑滾壓工具［J］.工程機械，2006，37(8):53-55.

［72］ 周航，周旭東，周宛.一種防止細長軸變形的表面滾壓裝置［J］.制造技術(shù)與機床，2009(10):86-89.

［73］ 王曉軍，謝永愨.用于液壓缸深孔加工的硬質(zhì)合金滾壓工具［J］.機械制造，2003，41(5):33-34.

［74］ 劉俊生，張彩麗.一種內(nèi)孔脈沖滾壓工具的設(shè)計［J］.制造技術(shù)與機床，2007(2):95-96.