CN101665862A - 一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺 - Google Patents

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Abstract

一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，该工艺首先在模具表面涂覆一层涂层；然后利用CO2激光器发出的激光扫描涂有涂层的模具表面，最后清除模具表面的涂层，其特征在于，所述涂层的涂料采用60～70％重量Al2O3颗粒、10～22％重量ZrO2颗粒和12～20％重量SiO2颗粒，用涂料重量的20～50％水分散均匀后，涂覆在模具表面。本发明所述的激光淬火工艺可替代传统高频/中频淬火、火焰表面淬火等工艺，获得毫米级深的淬硬层，淬硬层硬度高且均匀、工艺重复性好，工件保持高的压应力状态，可广泛应用于冶金、化工和重型机械装备等领域，显着提高工件的使用寿命。

Description

一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺
技术领域
本发明涉及汽车覆盖件模具热处理工艺，尤其涉及一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺。
背景技术
汽车覆盖件模具是汽车生产的关键性设备，多数比较大，其表面热处理强化多采用表面淬火的方法，表面淬火的方法有火焰淬火、感应淬火和激光淬火。
火焰淬火按其使用的气体不同可分为乙炔火焰淬火和丙烷火焰淬火。采用丙烷火焰淬火可以跟水，用以减少模具变形和提高模具的硬度。
感应淬火采用10～50kHz的超音频加热电源。它具有加热层深的优点，一般与表面硬度相同的淬硬层深度在2mm左右，缺点是变形大、易开裂。
激光淬火是近几年发展起来的表面淬火技术。它具有淬硬层薄、硬度高、韧性好和位置确定等特点。其最大优点是淬火后模具变形小，可以重复几次淬火，缺点是激光能量利用率低、淬硬层深度较浅，约为0.5mm，界面处正好是激光回火软化带，极易萌生疲劳裂纹，淬火质量难以保证。中国专利CN101109032公开的一种名称为“一种汽车模具激光淬火硬化处理的工艺”的发明专利申请，该专利申请是汽车模具表面激光淬火的典型工艺。
发明内容
本发明的目的是为了提高背景技术中激光淬火工艺的淬火质量，提出一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，使其能提高工件表面淬硬层深度和硬度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，该工艺首先在模具表面涂覆一层涂层；然后利用CO2激光器发出的激光扫描涂有涂层的模具表面；最后清除模具表面的涂层，其特征在于，所述涂层的涂料采用60～70％重量Al2O3颗粒、10～22％重量ZrO2颗粒和12～20％重量SiO2颗粒，用涂料重量的20～50％水分散均匀后，涂覆在模具表面。
在上述方案中，所述涂层的的厚度可以为0.01～0.1MM。
在上述方案中，所述涂层涂料的粒径最好不大于1μM。
在上述方案中，所述CO2激光器的功率可以为600～5000W。
在上述方案中，所述激光扫描速度最好为4～30MM/S。
本发明所述的激光淬火工艺是在急热急冷过程中进行的，通过具有足够功率密度的激光束的照射，快速加热工件表面使其达到相变温度以上，工件材料内部则保持冷却状态，在停止加热后，由于热传导使工件表面急速冷却，从而达到淬火目的，获得传统方法无法得到的组织性能，如晶粒细化、高位错密度等，从而较之传统热处理方法具有更高的表面硬度和耐磨性，模具寿命提高一倍以上。
尤其是本发明采用特殊的涂层，涂层涂料的粒径与CO2激光器的激光波长相匹配，提高了激光能量利用率和工件表面淬硬层深度，激光利用率比传统吸光剂高30％，激光淬火层表面硬度均匀(±HRC2)，淬火层达0.8-1.8mm。从而大幅提高工件表面机械性能，使激光硬化层硬度提高，耐磨性得到提升，尤其是疲劳抗力具有极大的提高。因工件在疲劳载荷作用下，次表面(距表面约0.5mm)处应力最大，而传统涂料的激光淬火层深约为0.5mm，界面处正好是激光回火软化带，极易萌生疲劳裂纹。
经申请人多次试验发现，用本发明所述的激光淬火工艺处理后的工件表面，磨、车削刀纹有明显的减轻或消失。
另外，由于本发明采用涂层选用熔点较高的Al2O3和ZrO2，经激光扫描后与基材无粘结现象，激光淬火后，容易去除，且淬火层表面呈光亮状态。该涂层涂料刷涂、喷涂工艺性极佳，涂层均匀，对工件表面状态无严格要求。
综上所述，本发明所述的激光淬火工艺可替代传统高频/中频淬火、火焰表面淬火等工艺，获得毫米级深的淬硬层，淬硬层硬度高且均匀、工艺重复性好，工件保持高的压应力状态，可广泛应用于冶金、化工和重型机械装备等领域，显着提高工件的使用寿命。适合于多种材料制备模具的激光表面淬火，如45#、40Cr、空冷钢、Cr12系列模具、SKD11、灰铁、球铁等。
附图说明
图1是两种涂料在不同扫描速度下的淬火层深曲线对比图。
图2两种涂层激光淬硬层硬度分布曲线对比图。
具体实施方式
实施例1：采用45#中碳钢为基材，进行激光淬火试验。
本实施例首先在基材表面涂覆一层厚度为0.01MM涂层；然后利用功率1800W的CO2激光器发出的激光扫描涂有涂层的模具表面，光斑尺寸1×15MM，扫描速度4MM/S；最后清除基材表面的涂层。淬火层深1.8mm，淬火层硬度HRC56。
上述涂层的涂料采用60份重量AL2O3颗粒、20份重量ZrO2颗粒和20份重量SiO2颗粒，用上述涂料重量的20～50％水分散均匀后，喷涂在基材表面。所述Al2O3颗粒、ZrO2颗粒和SiO2颗粒的粒径不大于1μM。
实施例2：采用40Cr中碳钢为基材，进行激光淬火试验。
本实施例的工艺流程和激光器与实施例1相同，不同之处在于，在基材表面涂层的厚度为0.1MM；激光扫描速度为6MM/S；涂层的涂料采用70份重量Al2O3颗粒、10份重量ZrO2颗粒和20份重量SiO2颗粒，用上述涂料重量的20～50％水分散均匀后，喷涂在基材表面。淬火层深1.4mm，淬火层硬度HRC58。
实施例3：采用Cr12MoV为基材，进行激光淬火试验。
本实施例的工艺流程和激光器与实施例1相同，不同之处在于，在基材表面涂层的厚度为0.02MM；激光扫描速度为10MM/S；涂层的涂料采用70份重量Al2O3颗粒、18份重量ZrO2颗粒和12份重量SiO2颗粒，用上述涂料重量的20～50％水分散均匀后，喷涂在基材表面。淬火层深0.8mm，淬火层硬度HRC56。
实施例4：采用QT550为基材，进行激光淬火试验。
本实施例的工艺流程和激光器与实施例1相同，不同之处在于，在基材表面涂层的厚度为0.05MM；激光扫描速度为8MM/S；涂层的涂料采用70份重量Al2O3颗粒、10份重量ZrO2颗粒和20份重量SiO2颗粒，用上述涂料重量的20～50％水分散均匀后，喷涂在基材表面。淬火层深0.8mm，淬火层硬度HRC55。
实施例4：采用SKD11为基材，进行激光淬火试验。
本实施例的工艺流程和激光器与实施例1相同，不同之处在于，在基材表面涂层的厚度为0.04MM；激光扫描速度为6MM/S；涂层的涂料采用70份重量Al2O3颗粒、20份重量ZrO2颗粒和10份重量SiO2颗粒，用上述涂料重量的20～50％水分散均匀后，喷涂在基材表面。淬火层深0.9mm，淬火层硬度HRC57。
实施例5：利用本发明涂层涂料和传统微米涂料进行激光淬火处理后淬火层深对比试验：
本实施例首先在基材表面涂覆一层厚度为0.02MM的SiO2涂层；然后利用功率1800W的CO2激光器发出的激光扫描涂有涂层的模具表面，光斑尺寸1×15MM，扫描速度6MM/S；最后清除基材表面的涂层。
激光功率1800W，光斑尺寸1×15mm，三种扫描速度下(4，6，10mm/s下)，对应的淬火层深。从图1中看出，在同样激光淬火参数下，本发明涂料的淬火层深明显大于传统SiO2涂料。在保证相同淬硬层深的前提下，本发明涂料的淬火效率明显提高。
激光淬火试样横断面显微硬度分布。从图2中看出，硬度从表面测定到基材未淬火区。在同等激光工艺前提下，新型亚微米涂料淬火层的显微硬度明显大于传统微米涂料，淬硬层深度也显著大于传统微米涂料。

Claims (5)

1、一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，该工艺首先在模具表面涂覆一层涂层；然后利用CO2激光器发出的激光扫描涂有涂层的模具表面，最后清除模具表面的涂层，其特征在于，所述涂层的涂料采用60～70％重量Al2O3颗粒、10～22％重量ZrO2颗粒和12～20％重量SiO2颗粒，用涂料重量的20～50％水分散均匀后，涂覆在模具表面。
2、根据权利要求1所述的一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，其特征在于，所述涂层的的厚度为0.01～0.1MM。
3、根据权利要求1所述的一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，其特征在于，所述涂层涂料的粒径不大于1μM。
4、根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，其特征在于，所述CO2激光器的功率为600～5000W。
5、根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺，其特征在于，所述激光扫描速度为4～30MM/S。
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