1、梯度纳米结构是指材料的晶粒尺寸由表及里呈梯度变化，从表面到内部分别为纳米晶、超细晶、变形晶粒以及粗晶基体。这种结构中，不一样的尺寸的晶粒间无明显界面，不易造成剥落，并且在制备时保持材料的原有化学成分，避免了杂质的引入。由于晶粒尺寸呈梯度分布，对应材料强度和硬度也呈现梯度分布，并且表面的纳米晶层因其高强度和硬度可以有效阻止疲劳裂纹的萌生，而内部的粗晶基体则因其良好的塑性能力，能够减缓疲劳裂纹的扩展。因此，在材料表层构筑出梯度纳米结构能有效的强化材料力学性能，增加梯度纳米结构材料的表面变形层厚度对于提升强化效果至关重要。
2、高强钢是用来制造承受较高应力结构件的一类合金钢。多年以来，高强钢已被大范围的应用于航空航天、冶金、矿山、国防等各工业领域的关键承力构件中。高强钢承力构件服役环境通常较为恶劣，时常发生断裂失效行为，严重威胁装备的安全使用，亟需对其进行表面强化。然而高强钢的高强度、高硬度以及变形抗力较大等特性，导致了其冷塑性变形力差。因此，采用传统的表面形变强化处理在其表面所获得的梯度纳米结构厚度及硬化程度受到限制，表面强化效果不明显。
3、本发明在不影响基体的前提下，通过高频感应加热令高强钢表层1-2mm组织奥氏体化，并立即对奥氏体层进行喷丸处理，从而方便获得更深的梯度纳米结构，同时进一步提升梯度纳米结构硬化程度，增加压应力的范围和幅度，获得更好的强化效果。并且感应加热辅助喷丸处理后进行超声滚压处理，能有效的降低材料表面粗糙度，提升材料的表面上的质量，实现表面光整效果，增加表面梯度纳米结构厚度，增强表面强化效果。
1、针对高强钢关键承力构件急需表面强化的现状，本发明提供一种高强钢表面大厚度梯度纳米结构构筑方法。本发明解决了高强钢冷塑性变形力差、表面形变强化难度大、梯度纳米结构厚度受限等问题。该方法首先通过感应加热设备和喷丸机对高强钢承力构件表明上进行感应加热辅助喷丸处理，再对感应加热辅助喷丸处理后的构件做超声滚压处理，制备出大厚度梯度纳米结构，达到显著的强化效果。
6、s3：将经s2感应加热辅助喷丸处理后的高强钢，进行超声滚压处理，得到表面大厚度梯度纳米结构的高强钢。
8、s21：将s1加工处理后的高强钢预热到230℃，保温3min，避免高频加热之后表面淬硬，保证喷丸处理时表面维持奥氏体态；
9、s22：开启感应加热，控制电流频率为300khz，加热时间为7s，加热到ac1点以上瞬间令高强钢材料表层1-2mm深度内组织奥氏体化；
10、s23：喷丸处理，调整喷枪使丸粒喷射方向与s22感应加热后高强钢处理表面垂直，进行喷丸处理。
11、所述s23中喷丸处理步骤包括：丸粒为0.2mm～1.5mm的钢丸或陶瓷丸，空气压力为0.4～0.8mpa，喷嘴距材料表面距离控制在5cm～10cm，喷丸覆盖率控制在100％～300％。
13、s31：经s2感应加热辅助喷丸处理后的高强钢表面，与滚压工具头作用方向垂直，高强钢开始旋转；
14、s32：开启超声滚压设备，利用超声滚压工具头沿构件轴向方向进行多道次的超声滚压处理，使高强钢表面粗糙度为ra0.1μm以下。
15、所述s32中步骤包括：超声滚压工具头为直径2mm～14mm的硬质合金球体，超声滚压处理的相关参数为：静压力0～1500n，超声振幅1～20μm，超声频率20～40khz，主轴转速100～400r/min，进给速度0.01～0.1mm/r，超声滚压处理的道次为1～3次。
17、1.样品预热后进行高频加热，可使表层1-2mm组织奥氏体化，并在喷丸的过程中维持奥氏体状态，对塑性好的奥氏体组织进行喷丸处理，能产生更剧烈的塑性变形，得到厚度更厚的梯度纳米结构。
18、2.喷丸处理会在材料表层引入残余压应力，并且当材料表层奥氏体冷却到马氏体相变温度以下时，奥氏体相向马氏体相转变，比容增大，会伴随体积的膨胀，在表层进一步引入残余压应力。
19、3.超声滚压处理能有效的降低材料表面粗糙度，提升材料的表面上的质量，并且令材料表层再次进行塑性变形，增加梯度纳米结构厚度，逐步提升强化效果。
21、本发明创造性的采用高频感应加热和喷丸对高强钢做处理，在高强钢表面首先获得奥氏体化表层，进而通过喷丸构筑大厚度梯度纳米结构，并获得更高水平的残余压应力，然后通过超声滚压处理达到光洁效果，并进一步增加梯度纳米结构的厚度。该方法弥补了表面形变抗力大、梯度纳米结构厚度受限、残余压应力水平较低等不足，通过增加高强钢表面梯度纳米结构厚度，达到明显的强化效果。
2.根据权利要求1所述的高强钢表面大厚度梯度纳米结构构筑方法，其特征是：所述s2具体过程为：
3.根据权利要求2所述的高强钢表面大厚度梯度纳米结构构筑方法，其特征是：所述s23中喷丸处理步骤包括：丸粒为0.2mm～1.5mm的钢丸或陶瓷丸，空气压力为0.4～0.8mpa，喷嘴距材料表面距离控制在5cm～10cm，喷丸覆盖率控制在100％～300％。
4.根据权利要求1所述的高强钢表面大厚度梯度纳米结构构筑方法，其特征是：所述s3超声滚压处理步骤包括：
5.根据权利要求4所述的高强钢表面大厚度梯度纳米结构构筑方法，其特征是：所述s32中步骤包括：超声滚压工具头为直径2mm～14mm的硬质合金球体，超声滚压处理的相关参数为：静压力0～1500n，超声振幅1～20μm，超声频率20～40khz，主轴转速100～400r/min，进给速度0.01～0.1mm/r，超声滚压处理的道次为1～3次。
本发明涉及一种高强钢表面大厚度梯度纳米结构构筑方法，属于梯度纳米材料技术领域。将高强钢表面加工处理，使高强钢表面粗糙度Ra6μm以下；将加工处理后的高强钢，进行感应加热辅助喷丸处理；将经感应加热辅助喷丸处理后的高强钢，进行超声滚压处理，得到表面大厚度梯度纳米结构的高强钢。本发明解决了高强钢冷塑性变形力差、表面形变强化难度大、梯度纳米结构厚度受限等问题。该方法首先通过感应加热设备和喷丸机对高强钢承力构件表明上进行感应加热辅助喷丸处理，再对感应加热辅助喷丸处理后的构件做超声滚压处理，制备出大厚度梯度纳米结构，达到显著的强化效果。
技术研发人员：方金祥,马彪,何浩天,杨志,陈浩藤,孙彤,靳皓杰,江泽林,李阅兵
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