题目：超高强度钢表面超声振动滚挤压强化技术研究

超高强度钢因具有极高的抗拉强度，在飞机的轻量化、长寿命设计中发挥了非常重要的作用。而对零件表面进行滚挤压强化处理，是充分发挥超高强度钢高抗疲劳特性的关键手段。由于超高强度钢硬度较高，导致采用普通滚挤压强化时表面塑性变形较难，强化效果不理想。而超声振动滚挤压因具有高能冲击特性，更容易实现大的塑性变形，在超高强度钢强化中表现出非常好的应用前景。考虑目前有关超声振动滚挤压的诸多机理仍不明确，不能充分发挥超声振动滚挤压在超高强度钢强化中的优势。而为充分挖掘该工艺的强化效果，本文针对超声振动滚挤压的强化机理开展了深入研究，并对该工艺在A100钢抗疲劳强化中的应用开展了研究和探索。

首先，本文对超声振动滚挤压的表面宏观增塑机理进行了深入研究。在对两种振动挤压工艺进行对比分析后，对超声振动滚挤压工艺做了合理简化。之后基于该简化模型并采用逆向求解的方法推导了超声振动挤压过程峰值挤压力及塑性变形的基础解析公式。经试验验证，该塑性理论能够较为准确的对超声振动滚挤压后的塑性变形进行预测。之后，利用该理论并结合试验的方法，研究了超声振幅、初始静压力、挤压速度等参数对塑性变形的影响，建立了各参数与塑性变形间的关系，并对其本质影响机理做了揭示。研究结果证实了超声振动的引入确实有助于宏观塑性变形量的提高，而本文建立的超声增塑理论则为下一步残余应力理论的推导及塑性变形的优化奠定了理论基础。

其次，本文对超声振动滚挤压改善表面微观力学性能的机理及规律进行了研究。结合前面的超声增塑理论，首先建立了超声振动挤压后残余应力分布的解析模型，并基于此研究了振动参数对残余应力分布的影响规律。同时，通过实验研究了超声振动挤压对表面微观组织的细化效果，并建立了超声振幅、挤压速度与组织细化的关系。进一步，通过建立振动挤压过程材料的微观变形模型并经分析，揭示了超声振动挤压细化表面组织的微观机理。最后，通过实验研究了振动参数对表面缺陷的影响，并对其作用机理进行了分析。通过以上研究，揭示了超声振动滚挤压改善各表面力学性能的微观机理，对实现各表面完整性要素的有效匹配具有重要的指导意义。

最后，在以上研究基础上，本文开展了应用超声振动滚挤压改善A100钢抗疲劳性能的试验研究。首先是针对A100钢螺纹，提出了一种新型超声振动螺纹滚压强化工艺，并搭建了可用于实际生产的系统设备。之后利用该设备开展了超声振动滚挤压和普通滚挤压的对比试验研究，并重点研究了两种工艺对各表面完整性要素及抗疲劳性能的影响效果。结果表明，在前面相关理论的指导下，超声振动滚挤压能获得更为综合的表面完整性，并能较普通滚挤压获得更好的抗疲劳强化效果，而超声振动滚挤压后表面纳米晶粒的产生对A100钢疲劳寿命的提高发挥了重要作用。

通过本文的研究，揭示了超声振动滚挤压改善表面完整性的微观机理，实现了对表面宏微观力学性能的多级控制，有效提高了超高强度钢的抗疲劳性能。本文建立的理论不仅弥补了现有超声强化理论的不足，对超声振动滚挤压抗疲劳强化技术的发展也有巨大的推动作用。