CN102206733A - 高能电子束扫描强化球墨铸铁表面层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能电子束扫描强化球墨铸铁表面层的方法，在球墨铸铁表面，在真空室中通过电子束扫描加热的方法，获得球墨铸铁表面强化层；电子束扫描加热的工艺参数为:扫描电压60KV、扫描电流15-25mA、扫描束斑直径3-5mm、束斑移动速度10mm/s、束流频率300-500Hz，在真空室中，真空度为10-2Pa，这种方法在真空室中进行加电子束扫描表面加热处理，具有无氧化、加热速度快、热影响区小、变形小等优点，球墨铸铁表面强化层硬度高、耐磨性和耐高温性好。
Description
技术领域
本发明涉及球墨铸铁表面改性技术，具体是高能电子束扫描强化球墨铸铁表面层的方法。
背景技术
目前在球墨铸铁表面改性，形成表面强化层的方法目前主要有激光表面改性和球墨铸铁气体软氮化等方法，其中激光表面改性虽然应用较多,但激光器的功率密度低，光电转换效率低，大型激光机设备昂贵，球墨铸铁气体软氮化需要加入Cr、Mo、Al等合金元素，成本高、形成一定厚度的表面强化层时间长、效率低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于公开一种采用高能电子束扫描强化球墨铸铁表面的方法，这种方法工艺简单、电子束能量密度大及效率高、表面层和亚表面层强度、硬度高、耐磨性好，且表面强化层具有一定耐腐蚀性和耐高温性。
实现本发明目的的技术方案是：球墨铸铁表面机械加工后，不经任何处理，在电子束焊机真空室中直接采用电子束扫描加热，使球墨铸铁表面产生熔化层和加热层，通过基体金属的热传导，产生快速冷却条件，即可在球墨铸铁形成表面强化层。
所述电子束扫描加热的工艺参数为:加速电压60kV、扫描电流15-25mA、扫描束斑直径3-5mm、束斑移动速度10mm/s、束流频率300-500HZ，真空度为10-2Pa。
本发明的工作原理是：机械加工后的球墨铸铁零件表面通过电子束焊机在真空室中进行扫描加热，使得球墨铸铁表面加热熔化，形成一定的熔化层和加热层，通过熔化层和加热层下部的未熔基体金属的快速导热，使得熔化层金属快速凝固形成表面铸态莱氏体强化层，而后奥氏体化加热层，在未熔基体金属快速导热条件下，产生快速冷却淬火，获得马氏体+球状石墨和马氏体+铁素体+球状石墨组织的亚表面强化层，然后通过磨削加工获得光滑的表面强化层。
本发明的优点是：在真空室中进行加电子束扫描表面加热处理，具有无氧化、加热速度快、热影响区小、变形小等优点，球墨铸铁表面强化层硬度高、耐磨性和耐高温性好。
附图说明
图1为实施例1参数下球墨铸铁电子束表面强化层整体结构示意图；
图2为实施例1参数下球墨铸铁电子束表面强化层熔化层莱氏体组织结构示意图；
图3为实施例1参数下球墨铸铁电子束亚表面强化层马氏体+铁素体+球状石墨组织结构示意图
图4为实施例2参数下球墨铸铁电子束表面强化层整体结构图；
图5为实施例2参数下球墨铸铁电子束表面表面熔化层莱氏体组织结构示意图；
图6为实施例2参数下球墨铸铁电子束亚表面强化层马氏体+铁素体+球状石墨组织结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不是对本发明内容的限定。
实施例1：
本发明是一种高能电子束扫描强化球墨铸铁表面层的方法，在球墨铸铁表面机械加工后，不经任何处理，直接采用电子束焊机在真空室中进行电子束扫描加热，通过控制下述扫描电压、扫描电流、扫描速度、束流频率等参数，获得电子束扫描束流形成一定的热量和压力，使球墨铸铁表面产生熔化层和加热层，熔化层金属快速凝固形成表面铸态莱氏体强化层，而后奥氏体化加热层，在未熔基体金属快速导热条件下，产生快速冷却淬火，获得马氏体+球状石墨和马氏体+铁素体+球状石墨组织的亚表面强化层。
所述电子束扫描加热的工艺参数为:扫描电压60KV、扫描电流 16 mA、扫描束斑直径3mm、束斑移动速度10mm/s、束流频率 300 HZ，真空度为10-2Pa。
经测试分析证明，这种球墨铸铁表面强化层硬度高，表面层硬度为1100~1280 HV0.1、亚表面层硬度为 660~800 HV0.1，分别是基体硬度的 5~5.7 倍和 3~3.6 倍、表面组织的耐磨性是基体金属的 3~4 倍。
实施例2
按照实施例1的方法步骤，不同的是：所述电子束扫描加热的工艺参数为:扫描电压60KV、扫描电流 22 mA、扫描束斑直径3 mm、束斑移动速度10mm/s、束流频率 300 HZ，真空度为10-2Pa。
经测试分析证明，这种球墨铸铁表面强化层硬度高，表面层硬度为1120~1380 HV0.1、亚表面层硬度为 750~880 HV0.1，分别是基体硬度的 5~6.3 倍和 3.4~4 倍、表面组织的耐磨性是基体金属的 4~5 倍。
实施例3：
按照实施例1的方法步骤，不同的是：所述电子束扫描加热的工艺参数为:扫描电压60KV、扫描电流 25 mA、扫描束斑直径 4 mm、束斑移动速度10mm/s、束流频率 300 HZ，真空度为10-2Pa。
经测试分析证明，这种球墨铸铁表面强化层硬度高，表面层硬度为 1100~1270 HV0.1、亚表面层硬度为 680~830 HV0.1，分别是基体硬度的 5~5.8 倍和 3~3.8 倍、表面组织的耐磨性是基体金属的 3~4 倍。
Claims (3)
1.高能电子束扫描强化球墨铸铁表面层的方法，其特征是：在球墨铸铁表面机械加工后，在真空室中直接通过电子束扫描加热球墨铸铁表面，并控制电子束扫描加热的工艺参数，获得电子束一定的热量和压力，使球墨铸铁产生熔化层和加热层，通过基体金属的热传导，产生快速冷却条件，获得球墨铸铁表面强化层。
2.根据权利要求1所述的高能电子束扫描强化球墨铸铁表面层的方法，其特征是：所述电子束扫描加热的工艺参数为:扫描电压60KV、扫描电流15-25mA、扫描束斑直径3-5mm、束斑移动速度10mm/s、束流频率300-500HZ，在真空室中，真空度为10-2Pa 。
3.根据权利要求1所述的高能电子束扫描强化球墨铸铁表面层的方法，其特征是：所述的球墨铸铁的表面强化层为熔化层金属快速凝固形成表面铸态莱氏体强化层，而后奥氏体化加热层，在未熔基体金属快速导热条件下，产生快速冷却淬火，获得马氏体+球状石墨和马氏体+铁素体+球状石墨组织的亚表面强化层。
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