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本文提出一种新型金属材料表面晶粒细化方法金属表面机械扭压处理(SMPT),该方法是将旋转的工具头压入金属试样表层,使材料表层金属在高压下围绕工具头流动产生剧烈剪切塑性变形,从而达到细化表层金属晶粒。为了验证SMPT的可行性,分别以T2纯铜以及AZ31B镁合金为研究对象,利用SMPT工艺处理两种材料的表层,发现纯铜晶粒尺寸由退火态的100μm细化到10μm左右,镁合金则由21μm细化到4μm左右,证实了利用SMPT工艺制备超细晶表面材料的可行性;通过扫描电镜观测T2纯铜经SMPT处理后纵截面的金相发现晶粒尺寸呈梯度分布,依次是细晶层、变形层和粗晶区。采用显微硬度、摩擦系数、拉伸性能实验,研究SMPT工艺处理后试样力学性能的变化。对SMPT处理前后的试样进行硬度测试,T2纯铜由初始退火态的92HV提升到220HV,提高了140%,试样纵截面显微硬度值沿纵截面呈梯度分布;AZ31B镁合金表面显微硬度由83.28HV提高到了177HV;利用UMT对经过SMPT处理前后的纯铜以及镁合金试样进行摩擦系数测试,结果表明初始加载过程中经SMPT处理的试样表面摩擦系数较未处理的低;利用SMPT制备纯铜双面细晶材料,拉伸试验结果表明经过SMPT处理后试样的屈服强度以及抗拉强度都得到提高,同时保留了较好的塑性,结果表明试样经SMPT处理后力学性能得到明显提升。选择不同工具头转速、进给速度、下压深度、处理次数以及润滑进行实验,研究工艺参数对纯铜SMPT试样表层力学性能的影响。结果表明,在保持其它工艺参数不变的情况下当转速达到5000转时纯铜材料表层硬度达到最大,相比退火态提升198%,当转速达到6000转时硬度下降;在SMPT处理过程中水平进给速度对材料表层显微硬度影响较小;下压深度的增加可使材料表层发生的变形更剧烈,从而提高材料表层的显微硬度;相比利用SMPT处理1次,处理3次后的效果较好,当处理次数达到4次时,显微硬度呈下降趋势;采用水润滑方式材料表层的显微硬度值最高,油润滑次之,高温润滑脂效果最差。采用SMPT在纯铜表层制备了Ni复合层,显著降低了基体材料的摩擦系数,提高了基体材料的力学性能,结果表明SMPT也可以作为一种制备金属表层复合层的新方法。通过微观组织的观察以及力学性能的测试发现,SMPT能够显著细化材料表层晶粒尺寸,并能大幅提高材料的力学性能,具有良好的应用前景和研究价值。