本發明屬于機械加工及金屬表面處理領域，具體涉及一種綜合利用多種手段以擴大金屬表面強化層的復合加工工藝，及其在機車車輪，尤其是大功率機車車輪加工和鏇修中的應用。

背景技術：

眾所周知，輪軌式鐵路運輸是基于輪-軌相互作用產生的黏著牽引力和黏著制動力以實現列車運行的。因輪軌之間的摩擦，在列車運行中,不僅車輪滾動會使車輪踏面和輪緣發生磨耗，車輪在鋼軌上滑動也會造成踏面損傷；而且鋼軌也會因摩擦而受損。無論車輪還是鋼軌，磨損達到限度時就必須更換或修復，否則會導致輪對和鋼軌失效，危及行車安全。

輪軌磨耗一直是世界鐵路行業難以解決的問題。它不僅使車輪和鋼軌受損，增加事故風險；而且產生極大的能量消耗。我國《鐵路節能技術政策》第11·1條指出：“應注意抗磨減阻材料的推廣使用。在全世界生產的能量中,約有30％～40％的能量是消耗在與摩擦有關的場合；我國與摩擦有關的能源消耗約占1/3～1/2。任何減輕摩擦、降低磨損的措施，都會直接或間接地節約能源。”

鐵路高速重載的發展趨勢加劇了輪軌作用，導致車輪和鋼軌間的磨耗也越來越嚴重。劉友存、韋菁等在《重載鐵路車輪磨耗和熱損傷問題綜述》一文中指出：“據美國和澳大利亞統計，重載運輸中15％～20％的運營成本耗費于輪軌磨損。美國和俄羅斯的數據表明，若輪對負荷提高10t，輪軌磨耗將增加6～18倍，曲線段則增加30倍。我國鐵路每年因輪軌磨耗造成的經濟損失達數十億人民幣。如大秦線軸重從23t增加到25t后，車輪踏面圓周磨耗量增加了70％左右。而因輪軌磨耗導致突發性事故所造成的損失，則無法統計”(重載鐵路車輪磨耗和熱損傷問題綜述[J].安徽冶金.2015年第3期：60-64)。

因此，降低輪軌磨損，對提高列車運行安全，節能減排，保護環境，具有重要的意義。

因鋼軌的更換成本太過高昂，在設計時就使車輪的硬度小于鋼軌的硬度，從而有意讓車輪的磨損快于鋼軌的磨損。這樣就可以延長鋼軌的使用壽命。但是車輪的更換和維修費用也相當驚人。據不完全統計，早在2006年時，我國鐵路機車、客車和貨車就約有500萬個車輪在運營中。全路的機車、客車和貨車當年就消耗新輪63.1萬只,平均以0.5萬元/只計算,所需費用約為31.55億元。

新車輪或者鏇修后的車輪，其與軌道的接觸面(包括踏面和輪緣等)在使用初期磨損非常劇烈。當磨損到一定程度后，磨損速率開始減緩并趨于穩定，此時的車輪表面經反復輪軌滾壓形成了一層穩定的塑性變形層，并形成了包括塑性變形層的由淺至深逐級降低的硬度梯度層即有效硬化層(其深度即是硬度-層深曲線由持續下降到趨于平穩的拐點所對應的層深)，同時在車輪表面形成殘余壓應力。通過長期觀察和試驗發現，塑性變形層和有效硬化層的形成以及殘余壓應力是磨耗降低的主要原因。上述金屬表層的包括塑性變形層的有效硬化層，被簡稱為“硬化層”。具有足夠厚“硬化層”的車輪，可有效地減輕新車輪(或新鏇修的車輪)上線時的初期磨耗，從而延長輪對鏇修周期，有效延長輪軌使用壽命。

現有技術中已經出現的提高車輪表面硬化層厚度的方法有：

1)噴丸處理：噴丸處理也稱噴丸強化，就是將高速彈丸流噴射到工件表面，使工件表層發生塑性變形，進而形成一定厚度的強化層。因車輪外形為曲面，噴丸方向及噴射距離難以控制，容易造成表面強化層不均勻。

2)機械滾壓強化技術：滾壓加工是一種壓力光整加工，在滾刀的作用下金屬表面會發生強烈的塑性變形，經過一系列物理形態變化，金屬的晶粒形成更加微小的亞晶粒。機械式的滾壓加工采用圓柱形滾柱滾壓的方式，圓柱滾壓頭無法做到與車輪表面的曲面形狀始終正向接觸，接觸角不同滾壓強度就不同，因此車輪滾壓表面均勻性差，且硬化層過薄，起不到減少初期磨耗的作用。

3)單一超聲滾壓強化技術：利用超聲波沖擊能量和靜載滾壓相結合的工作方式，對金屬零部件表面進行處理。產生的表面強化層和材料內部是連續過渡，無剝離現象，對零件性能極為有利。但是一次超聲滾壓，車輪僅形成約400μm厚的硬化層(含約100μm的塑性變形層)，而且隨著滾壓次數的增加，每次滾壓硬化層增加的厚度卻越來越少。如果要滿足車輪表面硬化的要求(硬化層＞1500μm),必須反復數次至數十次處理，耗時耗能。

公開號CN105864284A(公開日2016年8月17日)，名稱為“一種固體潤滑航空關節軸承及其制造方法”的中國發明專利申請，為了改善關節軸承的耐磨損性能和潤滑性能，其在關節軸承內圈外表面和外圈內表面及微織構內具有一層固體潤滑脂層。具體實現的技術手段為：1)滾壓工具表面布置有微凸起，超聲滾壓時，工件表面會被壓印出相應的下凹微織構；2)強化時滾壓工具與工件之間通過固體潤滑劑噴嘴加入固體潤滑劑，通過超聲滾壓方式將固體潤滑劑附著在關節軸承表面并存儲于工件表面的下凹微結構中；固體潤滑層的厚度為1～50μm。所述固體潤滑劑選自二硫化鉬、二硫化鎢、二烷基二硫代氨基甲酸鉬、片狀石墨、石墨烯、氟化石墨中任意一種或幾種固體潤滑劑。但是在輪軌之間，過度的潤滑會影響輪軌之間的相互作用，對牽引、剎車制動和轉向均產生不利影響。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種金屬表面復合強化加工工藝。利用該工藝可以有效提高金屬工件的表層硬度和抗疲勞抗磨損性能。具體的，經過兩次操作，即可使金屬表面的塑性變形層達到250～300μm，表面硬化層深度1.5～3mm，表層等效殘余應力值可達270～350MPa。

為了實現上述技術效果，本發明采用了如下的技術方案：

一種金屬表面復合強化加工工藝，包括如下操作步驟：

I.固體潤滑劑涂覆

將塊狀固體潤滑劑涂敷在車削加工后的金屬工件表面，所述固體潤滑劑選自二硫化鉬、二硫化鎢、二烷基二硫代氨基甲酸鉬、片狀石墨、石墨烯、氟化石墨中任意一種或幾種；所述金屬工件表面的車削粗糙度≤Ra6.3；

II.超聲滾壓結合實時加熱

對涂覆了固體潤滑劑的金屬工件表面進行加熱，使受熱工件表面溫度達到300℃～480℃，在微量潤滑油存在的情況下，對受熱工件表面進行超聲滾壓；所述潤滑油的用量精確控制為10～20ml/min；

重復上述超聲滾壓操作至金屬工件表面硬度達到要求。

優選的，所述步驟I中，所述塊狀固體潤滑劑通過氣壓驅動或者彈簧驅動方式涂覆在金屬工件表面。

由于氣壓驅動方式不受固體潤滑塊添加量的限制，始終保持恒定的涂敷力，因此更優選通過氣壓驅動方式將固體潤滑劑涂覆在金屬工件表面。

優選的，所述步驟I中，所述固體潤滑劑涂覆層厚度為10～100μm。

優選的，所述固體潤滑劑選自二硫化鉬或片狀石墨，更優選二硫化鉬。

還優選的，所述步驟II中，超聲滾壓采用光滑的球形壓頭或圓柱形壓頭。

優選的，所述步驟II中，加熱熱源設置于超聲滾壓壓頭的前端，更優選距離滾壓點3～8mm。

通過上述設置，能夠實現先加熱，使滾壓點達到300℃～480℃再行超聲滾壓。

還優選的，所述熱源為熱風或激光，熱源溫度480℃～600℃。

優選的，所述步驟II中，液體潤滑油的用量為14ml/min。

還優選的，所述步驟II中，采用步進電機帶動磁力泵的方式控制所述潤滑油的用量。

優選的，所述步驟II中，超聲滾壓的頻率為25～30kHz。

優選的，所述步驟II中，超聲滾壓壓頭的壓力為1300～1500N。

作為一個優選的實施方式，本發明提供一種金屬表面復合強化加工工藝，包括如下操作步驟：

1)固體潤滑劑涂覆

將塊狀二硫化鉬或片狀石墨，優選為二硫化鉬通過氣壓驅動方式涂敷在車削加工后的金屬工件表面，涂覆層厚度為10～100μm；

2)超聲滾壓結合實時加熱

以溫度480℃～600℃的熱風或激光為熱源，將所述熱源設置在超聲滾壓壓頭的前端，距離滾壓點3～8mm；在微量潤滑油存在的情況下，對涂覆了固體潤滑劑的金屬工件表面進行加熱，使受熱工件表面溫度達到300℃～480℃，用光滑的球形壓頭或圓柱形壓頭對受熱工件表面進行超聲滾壓，滾壓壓頭的壓力為1300～1500N，超聲頻率25～30kHz；所述潤滑油采用步進電機帶動磁力泵的方式控制用量為10～20ml/min。

優選的，本發明所述金屬工件包括但不限于碳鋼工件、合金結構鋼工件、軸承鋼工件、鋁合金工件、鈦合金工件等。

本發明還有一個目的在于提供上述金屬表面復合強化加工工藝在機車車輪加工或鏇修中的應用。

具體的，所述應用包括如下步驟：

1)對機車車輪進行車削加工，控制粗糙度≤Ra6.3；

2)將塊狀二硫化鉬或片狀石墨，優選為二硫化鉬，通過氣壓驅動或者彈簧驅動方式，優選為氣壓驅動方式涂敷在車削加工后的車輪表面，涂覆層厚度為10～100μm；

3)對車輪進行加熱，使受熱車輪表面溫度達到300℃～480℃，在微量潤滑油存在的情況下，用光滑的球形壓頭對受熱車輪表面進行超聲滾壓，滾壓壓頭的壓力為1300～1500N，超聲頻率25～30kHz；采用步進電機帶動磁力泵的方式控制潤滑油的用量為10～20ml/min，更優選為14ml/min；滾壓2～3次。

優選的，所述步驟3)中，以溫度480℃～600℃的熱風或激光為熱源對車輪進行加熱，所述熱源設置在超聲滾壓壓頭的前端，距離滾壓點3～8mm。

優選的，所述步驟3)中，超聲滾壓時，所述車輪滾壓加工線速度為20～30m/min，更優選25m/min，進給量0.1～0.3mm/r，更優選為0.1mm/r。

經過切削加工之后，金屬的表面都殘留有刀具的切削痕跡，在微觀下觀察可以看見金屬的表面呈現出凹凸不平之狀，即波峰和波谷相間連續排列。在滾壓頭的作用下，金屬表面會發生強烈的塑性變形而變得光整。根據工程材料的相關理論，金屬發生塑性變形的基本方式是滑移，即晶體沿某一晶面和晶向相對于另一部分發生相對滑移。在外力的作用下，晶體不斷的滑移，晶粒在變形過程中逐步由軟取向轉動到硬取向，晶粒之間互相約束，阻礙晶粒的變形。由于工業所用金屬多為多晶體，故金屬能承受較大的塑性變形而不會被破壞。金屬內部晶粒的不斷滑移會使得晶粒的位錯密度增加、晶格發生畸變，符號相反的位錯相互抵消，符號相同的位錯則重新排列行成更加微小的亞晶粒。在亞晶粒層(硬化層)形成過程中，釋放出大量的熱量。該部分熱量如果向內層傳遞，利于塑性變形(晶體滑移)逐步向內擴展。

發明人經過反復研究發現，溫度是影響滾壓后硬化層厚度的關鍵因素。滾壓點的工件溫度越高，滾壓后工件的硬化層厚度越大。傳統的車輪超聲滾壓加工時，為了減少摩擦和對車輪表面的損傷，采用大量噴射潤滑油的方式，滾壓過程自身產生的熱量大部分隨著潤滑油而流失，不利于硬化層的形成。本發明充分利用滾壓自身產生的熱量，同時結合外加熱源輔助加熱，出人意料地提高了超聲滾壓強化的效果。具體而言：

首先，本發明提供的加工工藝先將固體潤滑劑涂覆在加工工件的表面并達到一定的厚度，保證車削表面的波谷處被固體潤滑劑填滿，波峰處也被固體潤滑劑均勻覆蓋，從而形成穩定均勻的潤滑層，使得滾壓過程中壓頭與工件(車輪)的接觸面不依賴于現有技術使用的大量液體潤滑油就能夠有效潤滑而不造成表面傷損。

其次，精確地控制潤滑油的用量，既保證了滾壓設備的變幅桿和壓頭之間必要的潤滑和適當降溫、減少滾壓設備的磨損，又避免工件(車輪)上的熱量隨潤滑油而流失；從而有效地留存和利用了滾壓加工自身產生的熱量。

第三，本發明提供的加工工藝還利用外加熱源的加熱方式，控制滾壓部位的溫度達到優選的適宜溫度(300℃～480℃)。

在此基礎上形成了本發明的金屬表面復合強化加工工藝。經實踐證明，機車車輪經過本發明工藝的處理，表面產生如下變化：

1、在新車輪或新鏇修的車輪表層產生200～300μm的塑性變形層，達到實際運行中處于磨耗穩定期的車輪的塑性變形層厚度；

2、在新車輪或新鏇修的車輪表層產生1.5～3mm的有效硬化層，且硬度由外向內呈梯度分布；

3、在新車輪或新鏇修的車輪表層產生270～350MPa的等效殘余壓應力，可有效延長車輪疲勞壽命；

4、提高了新車輪或新鏇修的車輪的耐磨性，相同磨耗條件下，經過本發明所述加工工藝處理的車輪表面2mm以內的耐磨性提高30％。

附圖說明

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1的照片是未經強化處理的J11車輪鋼的縱剖面照片(放大200倍)；圖中未見塑性變形層。

圖2是經實施例5的復合強化加工工藝得到的J11車輪鋼的縱剖面照片(放大200倍)，圖中的白色標線示出的是塑性變形層的厚度,兩個測定點的厚度分別為292.3μm和279.8μm。

圖3是經對比2的單一超聲滾壓強化工藝得到的J11車輪鋼的縱剖面照片(放大200倍)，圖中的白色標線示出的是塑性變形層的厚度，兩個測定點的厚度分別為186.9μm和190.1μm。

具體實施方式

以下參照具體的實施例來說明本發明。本領域技術人員能夠理解，這些實施例僅用于說明本發明，其不以任何方式限制本發明的范圍。

下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的原材料、試劑等，如無特殊說明，均為市售購買產品。

實施例1～8一種金屬表面復合強化加工工藝

實施例1～8，基本按照如下的步驟完成，但步驟I和II的具體條件和工藝參數，見表1。

I.固體潤滑劑涂覆

對J11型車輪鋼進行車削加工，粗糙度控制在Ra3.2；將塊狀固體潤滑劑通過氣壓驅動方式涂覆在車削加工后的金屬試樣表面，涂敷壓力控制在300～400N，涂覆層厚度為30～50μm；

II.超聲滾壓

以溫度480～600℃的熱風為熱源，熱源設置于超聲滾壓的壓頭前端，距離滾壓點3～8mm；對金屬試樣按照表1所示的條件加熱或不加熱；在微量潤滑油存在的情況下，采用光滑的球形壓頭進行超聲滾壓，超聲頻率28kHz；采用步進電機帶動磁力泵的方式控制潤滑油的用量為14ml/min；金屬試樣前進速度為25m/min，滾壓2次。通過氣壓將滾壓壓頭壓力控制在1300～1500N。

強化加工后的金屬試樣的相關性能，見表1(塑性變形層厚度、硬化層厚度、等效殘余應力均為測定值的平均值；下同)。

另外，分別取車削加工后強化處理前的J11型車輪鋼和經實施例5的復合強化工藝加工后的J11型車輪鋼，拍攝縱剖面照片(放大200倍)，分別見圖1和圖2。

表1實施例1～8的工藝參數及強化加工后試樣的性能

從表1的數據示出：

1)金屬工件滾壓點不利用外加熱源加熱，或者采用外加熱源，但滾壓前滾壓點溫度低于300℃，超聲滾壓后金屬表面的硬化效果不佳，具體表現為：塑性變形層厚度＜200μm，硬化層厚度＜1mm，等效殘余應力＜270MPa。另外，滾壓后工件表面殘留的固體潤滑劑較多，這對機車的牽引、剎車制動和轉向都不利。

2)金屬工件滾壓點受熱溫度過高，如實施例7所示情形，雖然超聲滾壓后金屬表面殘留的固體潤滑劑減少，且塑性變形層厚度達到300μm，但是硬化層厚度僅0.5mm，等效殘余應力僅240MPa。因此，滾壓點加熱后溫度過高，也不利于金屬表面的硬化。

3)外加熱源使滾壓點溫度在300℃～480℃之間時，滾壓后金屬表面的硬度顯著提升，表現為塑性變形層厚度＞200μm，硬化層厚度＞1.5mm，等效殘余應力＞270MPa，完全滿足機車車輪表面的硬化要求。因此，本發明優選滾壓點加熱至300℃～480℃再行超聲滾壓。

4)在一定溫度范圍內，滾壓點的溫度越高，滾壓處理后表面殘留的固體潤滑劑越少。對于借由輪軌之間的黏著牽引力和黏著制動力實現運行的輪軌式列車來說，這樣的結果是希望獲得的。

5)相同加工工藝條件下，石墨作為固體潤滑劑的效果不及MoS₂；為達到與MoS₂相同的硬化效果，勢必需要增加滾壓次數。

與圖1比較，圖2清楚地示出了經實施例5的復合強化工藝加工后的金屬工件表面下形成的塑性變形層，厚度范圍為279～292μm。

實施例9～16一種金屬表面復合強化加工工藝

實施例9～16，基本按照如下的步驟完成，但步驟I和II的某些具體條件和工藝參數，見表2。

I.固體潤滑劑涂覆

對J11車輪鋼進行車削加工，粗糙度見表2；將塊狀二硫化鉬通過氣壓驅動方式涂覆在車削加工后的金屬試樣表面，涂敷壓力控制在300-400N，涂覆層厚度見表2；

II.超聲滾壓結合實時加熱

以溫度580～600℃的熱風為熱源，熱源設置于超聲滾壓的壓頭前端，距離滾壓點3～8mm；對金屬試樣進行加熱，使受熱工件表面溫度在460～480℃；在潤滑油存在的情況下，采用光滑的球形壓頭進行超聲滾壓，氣壓控制滾壓壓頭壓力在1300～1500N，具體超聲頻率見表2；采用步進電機帶動磁力泵的方式控制潤滑油的用量，具體用量見表2；金屬試樣前進速度見表2；滾壓次數見表2。

強化加工后的金屬試樣的相關性能，見表2。

表2實施例9～16的工藝參數及強化加工后試樣的性能

^*：在滾壓過程中出現變幅桿及壓頭過熱變色，工件有過熱燒損跡象。

表2示出的數據顯示：

1)金屬工件車削加工的粗糙度在Ra3.2～Ra6.3之間，對滾壓效果沒有顯著的影響。

2)固體潤滑劑涂覆的厚度在20～100μm之間時，對滾壓效果也沒有顯著的影響。

3)超聲滾壓時，潤滑油的用量對滾壓效果有明顯的影響：潤滑油用量過少(如實施例9)，會導致變幅桿及壓頭過熱變色，工件有過熱燒損跡象；潤滑油用量過多(如實施例10和11)，滾壓后工件的塑性變形層和硬化層厚度、以及等效殘余應力值均遠小于潤滑油用量10～20ml/min的實施例。因此，本發明優選潤滑油用量為10～20ml/min，更優選14ml/min。

4)超聲滾壓時，金屬工件的前進速度對滾壓效果也有影響：前進速度過快，則滾壓不充分，硬化效果不理想(如實施例13)。

5)在本發明所述的工藝條件下，滾壓3次的硬化效果好于滾壓2次，但是隨滾壓次數的增加，強化效果呈遞減的趨勢。因此，考慮實際硬化要求、加工效率和能耗，滾壓次數以2～3次為優選。

對比例1～8金屬表面超聲滾壓強化處理

對比例1～8，基本按照如下的步驟完成，但步驟B)和C)的某些具體條件和工藝參數，見表3。

A)對J11車輪鋼進行車削加工，粗糙度Ra3.2；

B)在金屬試樣表面涂覆MoS₂，涂覆層厚度20μm，或不涂覆MoS₂；

C)對金屬試樣不外加熱源，或者采用溫度480℃～600℃熱風加熱，熱源設置于超聲滾壓的壓頭前端，距離滾壓點3～8mm，受熱車輪表面溫度見表3，在微量潤滑油存在的情況下，采用光滑的球形壓頭進行超聲滾壓，氣壓控制滾壓壓頭壓力在1300～1500N，超聲頻率30kHz，采用步進電機帶動磁力泵的方式控制潤滑油用量14ml/min；金屬試樣前進速度30m/min；滾壓次數見表3。

強化加工后的金屬試樣的相關性能，見表3。

另外，經對比例2的強化工藝加工后的J11型車輪鋼，拍攝縱剖面照片(放大200倍)，見圖3。

表3的數據示出：

1)超聲滾壓前不涂覆固體潤滑劑，即使采用外加熱源的方式加熱滾壓點，或者不加熱滾壓點而采用多次滾壓的方式，滾壓后的硬化效果都不理想(如對比例1、2和5的結果所示)。

2)超聲滾壓前涂覆了固體潤滑劑，但是滾壓時沒有外加熱源加熱的，即使增加滾壓次數，滾壓后的硬化效果也欠佳(如對比例3的結果所示)。

3)超聲滾壓前涂覆了固體潤滑劑，但是滾壓點加熱溫度過高，滾壓1次和5次的效果都達不到機車車輪表面硬度的要求(如對比例6和8的結果所示)。究其原因，一方面可能是加熱溫度過高，使固體潤滑劑快速碳化，未發揮其潤滑和保留滾壓自生熱量的作用，另一方面不排除過多的熱能導致了表層組織晶粒粗化，而不是希望的塑性變形。

4)超聲滾壓前涂覆了固體潤滑劑，且滾壓點加熱溫度適宜時，滾壓次數過少(如對比例7的滾壓1次)，硬化效果亦不佳。

將圖3和圖1比較，雖然在圖3中也顯示出塑性變形層，但是其厚度僅為186～190μm，遠薄于圖2示出的塑性變形層，說明對比例2的工藝條件下，金屬表面硬化效果不佳。

表3對比例1～8的工藝參數及強化加工后試樣的性能

實施例17新機車車輪表面強化工藝

新制造的HXD1型機車車輪，直徑1.250米，通過如下步驟進行表面強化處理：

1)對機車車輪進行車削加工，粗糙度控制在Ra3.2～Ra6.3；

2)將塊狀二硫化鉬通過氣壓驅動涂敷在車削加工后的車輪表面，涂覆層厚度為40μm；

3)在微量潤滑油存在的情況下，對車輪采用熱風加熱，熱源溫度500～520℃，熱源設置在超聲滾壓壓頭前端，距離滾壓點3～8mm，使受熱車輪表面溫度在400～480℃之間，采用光滑的球形壓頭進行超聲滾壓，氣壓控制滾壓壓頭壓力在1300～1500N，超聲頻率28kHz；采用步進電機帶動磁力泵的方式控制潤滑油的用量為14ml/min；車輪旋轉速度為30m/min，超聲滾壓2次。

強化加工后的車輪相關性能為：

塑性變形層厚度：289μm；

硬化層厚度：2900μm；

等效殘余應力：340MPa。

實施例18一種不落輪機車車輪鏇修后表面強化工藝

SS4B型機車一節，共有車輪8對，車輪直徑平均1.245米；已經在軌運行40萬千米，經檢查發現：輪緣磨耗至25～28mm。采用不落輪方式對所有車輪都進行鏇修和表面強化處理，以保證每個車輪的直徑相同。

1)對機車車輪進行車削鏇修，粗糙度控制在Ra3.2-Ra6.3之間；

2)將塊狀二硫化鉬通過氣壓驅動涂敷在車削加工后的車輪表面，涂覆層厚度為30μm；

3)在微量潤滑油存在的情況下，對車輪采用熱風加熱，熱源溫度500～520℃，熱源設置在超聲滾壓壓頭前端，距離滾壓點3～8mm，使受熱車輪表面溫度在460～480℃之間；采用光滑的球形壓頭進行超聲滾壓，氣壓控制滾壓壓頭壓力在1300～1500N，超聲頻率28kHz；采用步進電機帶動磁力泵的方式控制潤滑油的用量為14ml/min；車輪旋轉線速度為30m/min，反復滾壓2圈。

整節機車全部車輪鏇修強化處理完畢，共耗時24小時。

經測定，強化加工后的車輪相關性能為：

塑性變形層厚度：260μm；

硬化層厚度：2700μm；

等效殘余應力：330MPa。

總之，本發明提供了一種高效節能的金屬表面復合強化加工工藝，該工藝特別適合機車車輪(新車輪和鏇修車輪)的表面強化處理，能有效提高車輪的殘余應力和硬化層厚度，從而降低輪軌初期磨損，提高車輪的耐磨性能。