專利名稱：控制相變強(qiáng)化梯度組織的激光相變強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光熱處理，更具體地說(shuō)，涉及一種控制相變強(qiáng)化梯度組織的激光相變強(qiáng)化方法。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)(1)根據(jù)工件的性能要求對(duì)工件相變強(qiáng)化梯度組織進(jìn)行設(shè)計(jì)；(2)將待激光相變強(qiáng)化處理的工件通過(guò)普通熱處理方法使之處于適當(dāng)?shù)慕M織狀態(tài)，其中調(diào)質(zhì)態(tài)，即淬火與高溫回火態(tài)為通常采用的狀態(tài)；(3)在工件待處理表面涂覆激光納米氧化物吸收涂料(另案申請(qǐng)發(fā)明專利，本案不再贅述)；(4)根據(jù)工件的相變強(qiáng)化梯度組織設(shè)計(jì)選擇合適的激光功率密度和掃描速度；(5)按所選的激光功率密度和掃描速度對(duì)涂有激光納米氧化物吸收涂料的工件進(jìn)行激光相變強(qiáng)化處理。
按照上述技術(shù)方案，所述的相變強(qiáng)化梯度組織的設(shè)計(jì)包括高溫相變硬化層(最外表面層)、次表面相變硬化層、中間相變硬化層和過(guò)渡層的厚度和組織分布。
按照上述技術(shù)方案，所述的選擇合適的激光功率密度和掃描速度包括下列步驟(1)在激光功率密度較大、掃描速度較慢但不造成熔化的前提下，對(duì)工件待處理試樣表面進(jìn)行激光相變強(qiáng)化處理，以獲得相變強(qiáng)化梯度組織；(2)通過(guò)物理方法快速分析相變強(qiáng)化梯度組織的顯微分布，獲得相應(yīng)的高溫相變硬化層、次表面相變硬化層、中間相變硬化層和過(guò)渡層的厚度和顯微硬度；(3)調(diào)整激光功率密度和掃描速度，再進(jìn)行激光強(qiáng)化處理，檢測(cè)梯度組織各層厚度和組織分布，若達(dá)到設(shè)計(jì)要求則可確定為激光強(qiáng)化處理的激光功率密度和掃描速度，否則，再調(diào)整、再試驗(yàn)、直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
按照上述技術(shù)方案，在控制入射激光功率密度至適當(dāng)值并保持不變的條件下，提高激光束掃描速度可以減少高溫相變硬化層的層深，即厚度，甚至使該層組織消失。
按照上述技術(shù)方案，在控制入射激光束掃描速度至適當(dāng)值并保持不變條件下，提高入射激光功率密度，可以加大激光相變硬化區(qū)梯度各層組織的各層層深即厚度。
利用本發(fā)明方法對(duì)工件進(jìn)行處理后，工件的性能能達(dá)到以下效果(1)工件表面可以獲得高硬度；(2)工件可以承擔(dān)重載荷；(3)工件耐磨性好；(4)工件能同時(shí)獲得高硬度、承受重載和優(yōu)異的耐磨性。
提速列車油壓減振器的主要零件----上、下導(dǎo)向座的加工精度要求很高，并且在使用過(guò)程中需同時(shí)承擔(dān)垂向振動(dòng)、橫向擺動(dòng)和縱向擺動(dòng)。上、下導(dǎo)向座在垂向激振中的正向壓力力幅達(dá)1000公斤，力值變化頻率隨垂向激振頻率變化。在所述正向壓力作用下，上、下導(dǎo)向座表面還隨減振器因橫、縱向擺動(dòng)而產(chǎn)生兩者間位移。這種帶正向壓力作用下的兩者間壓迫位移是使上、下導(dǎo)向座表面產(chǎn)生磨損的原因。必須在這種形狀復(fù)雜零件上實(shí)施局部強(qiáng)化，又不能因熱處理變形而影響零件原有加工精度。經(jīng)過(guò)理論分析設(shè)計(jì)油壓減振器上、下導(dǎo)向座的激光相變強(qiáng)化梯度組織的各層厚度為高溫相變硬化層0.03～0.05mm、次表面相變硬化層0.04～0.11m、中間相變硬化層0.17～0.24mm，過(guò)渡層0.04～0.10mm。以45號(hào)鋼為基材，將油壓減振器上、下導(dǎo)向座通過(guò)淬火與高溫回火處理，使之處于調(diào)質(zhì)態(tài)；在油壓減振器上、下導(dǎo)向座表面涂覆激光納米氧化物吸收涂料；通過(guò)對(duì)表面進(jìn)行激光相變強(qiáng)化處理，調(diào)整激光功率密度和掃描速度，改變梯度組織各層厚度，達(dá)到零件設(shè)計(jì)要求；確定激光相變強(qiáng)化工藝參數(shù)為入射激光功率密度為5～5.6×103W/cm2，激光掃描速度為25～40mm/s。
經(jīng)過(guò)上述工藝處理的導(dǎo)向座表面相變強(qiáng)化梯度組織的各層組織及顯微硬度的實(shí)測(cè)結(jié)果如下表所示

上述經(jīng)過(guò)激光處理的上、下導(dǎo)向座試樣在油壓減振器107次耐久模擬試驗(yàn)后，經(jīng)測(cè)定零件局部淬硬表面狀態(tài)理想，只產(chǎn)生磨合，兩零件間間隙與初始安裝一致，幾乎沒(méi)有磨損，滿足減振器的正常運(yùn)行要求。相比之下，同時(shí)試驗(yàn)的經(jīng)常規(guī)熱處理工藝處理的上、下導(dǎo)向座面已產(chǎn)生過(guò)量磨損甚至發(fā)生破裂。
權(quán)利要求
1.一種控制相變強(qiáng)化梯度組織的激光相變強(qiáng)化方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)根據(jù)工件的性能要求對(duì)工件相變強(qiáng)化梯度組織進(jìn)行設(shè)計(jì)；(2)將待激光相變強(qiáng)化處理的工件通過(guò)普通熱處理方法使之處于適當(dāng)?shù)慕M織狀態(tài)，其中調(diào)質(zhì)態(tài)，即淬火與高溫回火態(tài)為通常采用的狀態(tài)；(3)在工件待處理表面涂覆激光納米氧化物吸收涂料；(4)根據(jù)工件的相變強(qiáng)化梯度組織設(shè)計(jì)選擇合適的激光功率密度和掃描速度；(5)按所選的激光功率密度和掃描速度對(duì)涂有激光納米氧化物吸收涂料的工件進(jìn)行激光相變強(qiáng)化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光相變強(qiáng)化方法，其特征在于所述的相變強(qiáng)化梯度組織的設(shè)計(jì)包括高溫相變硬化層、次表面相變硬化層、中間相變硬化層和過(guò)渡層的厚度和組織分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光相變強(qiáng)化方法，其特征在于所述的選擇合適的激光功率密度和掃描速度包括下列步驟(1)在激光功率密度較大、掃描速度較慢但不造成熔化的前提下，對(duì)工件待處理試樣表面進(jìn)行激光相變強(qiáng)化處理，以獲得相變強(qiáng)化梯度組織；(2)通過(guò)物理方法快速分析相變強(qiáng)化梯度組織的顯微分布，獲得相應(yīng)的高溫相變硬化層、次表面相變硬化層、中間相變硬化層和過(guò)渡層的厚度和顯微硬度；(3)調(diào)整激光功率密度和掃描速度，再進(jìn)行激光強(qiáng)化處理，檢測(cè)梯度組織各層厚度和組織分布，若達(dá)到設(shè)計(jì)要求則可確定為激光強(qiáng)化處理的激光功率密度和掃描速度，否則，再調(diào)整、再試驗(yàn)、直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光相變強(qiáng)化方法，其特征在于控制入射激光功率密度至適當(dāng)值并保持不變的條件下，提高激光束掃描速度可以減少高溫相變硬化層的層深，甚至使該層組織消失。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光相變強(qiáng)化方法，其特征在于在控制入射激光束掃描速度至適當(dāng)值并保持不變條件下，提高入射激光功率密度，可以加大激光相變硬化區(qū)梯度組織的各層層深即厚度。
全文摘要
本發(fā)明屬激光熱處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開(kāi)了一種控制相變強(qiáng)化梯度組織的激光相變強(qiáng)化方法，其步驟包括(1)對(duì)工件進(jìn)行相變強(qiáng)化梯度組織進(jìn)行設(shè)計(jì)；(2)工件適當(dāng)熱處理狀態(tài)，通常調(diào)質(zhì)；(3)涂覆激光納米氧化物吸收涂料；(4)根據(jù)工件的相變強(qiáng)化梯度組織設(shè)計(jì)選擇合適的激光功率密度和掃描速度；(5)按所選的激光功率密度和掃描速度對(duì)涂有激光納米氧化物吸收涂料的工件進(jìn)行激光相變強(qiáng)化處理。經(jīng)該方法處理得到的工件能達(dá)到高硬度、承受重載和優(yōu)異的耐磨性能。
文檔編號(hào)C21D1/09GK1403598SQ0213686
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者張光鈞 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)