CN102560015B - 一种采用激光淬火对模具型面进行处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种采用激光淬火对模具型面进行处理的方法，首先在模具脱碳区域预置一种水基含碳涂料，喷涂厚度为0.1～0.2mm，待涂料干燥后，对模具进行激光扩渗处理；其次对得到的模具型面进行激光淬火处理。本发明采用激光淬火对模具型面进行处理的方法，解决了模具长时间的使用和多次重复淬火导致的表面脱碳问题，同时解决了激光淬火无法对低碳含量材料淬硬的问题。所制备的淬硬层硬度可达到HRC60以上，可在模具脱碳的区域、易磨损区域进行局部激光淬硬。
Description
技术领域
本发明属于模具型面表面淬火技术领域，具体涉及一种采用激光淬火对模具型面进行处理的方法。
背景技术
经过重复的火焰淬火和长时间的高温冲击使用，在各种模具型面表层均会产生严重的脱碳，随着组织中碳含量的减少，淬火马氏体转变呈下降趋势，致使淬火后模具表层强度和硬度大幅下降，在使用中易发生早期疲劳损坏。
上述问题一旦发生脱碳，只能通过渗碳手段来恢复表层碳含量。目前渗碳工艺只能通过渗碳炉、盐浴炉等设备实施，对于大型模具，比如汽车覆盖件等，难以进入炉内进行渗碳，最终只能报废，造成大量的资源浪费。
激光淬火工艺可以灵活地对工件进行局部表面强化，其淬火可控性良好；由于激光聚焦性能良好，在比较集中的区域内可以实现极高功率密度的热输入，材料相变充分，激光淬火后的硬度比感应淬火提高20％以上，近年来在工业产品中大幅使用。但是传统的激光淬火工艺依然是一个单一的相变过程，无法改变材料表面的化学成份，对于较低碳含量的材料依然无法实施淬火，限制了其使用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用激光淬火对模具型面进行处理的方法，解决了因模具长时间的使用和重复淬火导致的表面脱碳问题，解决了大型模具无法采用常规手段进行强化处理的问题，同时解决了现有激光淬火工艺无法对低碳含量材料进行强化的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种采用激光淬火对模具型面进行处理的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：在模具脱碳区域预置一种水基含碳涂料，喷涂厚度为0.1～0.2mm，待涂料干燥后，对模具进行激光扩渗处理；
步骤2：对步骤1得到的模具型面进行激光淬火处理。
本发明的特点还在于，
其中的步骤1中的水基含碳涂料按照质量百分比，由以下组分组成：C及碳化物：5～25％，吸光涂料：10～20％，余量为粘结剂，以上各组分的质量百分比之和为100％。
其中的C及碳化物中的C为微米级的碳黑，碳化物为微米级碳化钨和微米级碳化硅的混合物，碳化钨和碳化硅的质量混合比为2∶3，碳化物占C及碳化物的15～30％。
其中的粘结剂由质量比为1∶0.05的酒精和漆片混合而成。
其中的吸光涂料按照质量百分比，由以下组分组成：W：20～30％，Cr：20～30％，Mo：5～10％、Co：10～20％，余量为稀土元素，以上各组分的质量百分比之和为100％。
其中的稀土元素采用锰或硼。
其中的步骤1中的激光扩渗处理工艺为：设置激光功率为0.5～4KW，扫描速度为100～500mm/min，激光带宽为2～40mm。
其中的步骤2中的激光淬火处理工艺为：设置激光功率为1～5KW，扫描速度为300～2000mm/min，激光带宽为2～40mm。
本发明的有益效果是，通过一种快速方法解决了模具长时间的使用和多次重复淬火导致的表面脱碳问题，同时解决了激光淬火无法对低碳含量材料淬硬的问题。所制备的淬硬层硬度可达到HRC60以上，可在模具脱碳的区域、易磨损区域进行局部激光淬硬。
附图说明
图1是本发明方法中激光扩渗处理剖面示意图；
图2是本发明方法中激光淬火立体示意图；
图3是本发明方法中经火焰淬火处理冲压件表面状况；
图4是本发明方法中激光处理后冲压件表面状况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明采用激光淬火对模具型面进行处理的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：在模具脱碳区域预置一种水基含碳涂料，喷涂厚度为0.1～0.2mm，待涂料干燥后，根据处理型面选择激光光斑尺寸，采用低功率、慢速扫描的方法使碳元素渗入模具型面表层。
水基含碳涂料按照质量百分比，由以下组分组成：C及碳化物：5～25％，吸光涂料：10～20％，余量为粘结剂，以上各组分的质量百分比之和为100％。其中C及碳化物中的C为微米级的碳黑，碳化物为微米级碳化钨和微米级碳化硅的混合物，碳化钨和碳化硅的质量混合比为2∶3，碳化物占C及碳化物的15～30％；粘结剂由按照质量比为1∶0.05的酒精和漆片混合而成；吸光涂料按照质量百分比，由以下组分组成：W：20～30％，Cr：20～30％，Mo：5～10％、Co：10～20％，余量为稀土元素，以上各组分的质量百分比之和为100％。其中稀土元素采用锰或硼。
激光扩渗处理工艺如下：设置激光功率为0.5～4KW，扫描速度为100～500mm/min，激光带宽为2～40mm。
步骤2：采用快速扫描的方法进行激光淬火，使模具表层产生依赖碳元素才能大量生成的马氏体金相组织，该组织可以大幅提高模具表面的硬度和耐磨性。激光淬火工艺为：设置激光功率为1～5KW，扫描速度为300～2000mm/min，激光带宽为2～40mm。
激光辐照扩渗后表面扩渗层深度为0.1～1mm。经过激光辐照扩渗后表面碳含量为0.1～4％。
脱碳模具表面清理后，均匀喷涂激光淬火涂料，通过选择合适的激光淬火工艺，调整激光光束模式(图1为激光扩渗处理剖面示意图)，使激光光束垂直照在淬火部位，在碳元素渗入表面的同时，使淬火层转变为高硬度和高耐磨性的组织，(图2为激光淬火立体示意图)达到提高脱碳模具表面耐磨性的目的，对淬火层进行硬度检测和无损检测，保证淬火层的硬度达到技术要求，并无裂纹存在。
模具经激光淬火处理后其淬火层组织的位错马氏体晶粒细小、组织致密均匀，该组织结构是获得高的表面硬度的主要原因，其表面硬度可达HRC60以上。以汽车模具脱碳层表面淬火为例，模具激光增碳淬火与火焰淬火处理性能对比如表1。
表1激光表面淬火处理与火焰淬火处理的性能对比
其经过激光淬火处理后，汽车模具耐磨性能大幅度提高，冲压件数提高了3～10倍，冲压件被拉伤现象基本消失。图3为模具经火焰淬火处理，其冲压件表面状况。该冲压件表面有拉毛现象存在，表明模具表面硬度较低，易形成积瘤，在冲压件表面产生缺陷。图4为经激光淬火处理后，其冲压件表面状况。该冲压件表面光度好，无拉毛缺陷存在。
以下从原理方面说明本发明的发明点所在：
1.本发明所采用的涂料配比在充分考虑激光扩渗对碳元素需求的前提下，采用吸光元素增加材料基体对激光的吸收，满足激光淬火过程中对激光能量的需求，通过增加稀土元素活化材料表面，促进碳元素的渗入。各个组分之间的比例以淬火获得最高硬度为标准，经过正交实验确定了该涂料的组分。
2.采用上述涂料后，提高了基体材料对激光的吸收率，在该激光淬火及激光扩渗工艺参数下，实施激光扩渗所需的激光功率可以大幅减小，并能促进碳元素和稀土元素的吸收。
实施例1
步骤1：将水基含碳涂料均匀喷涂在清理后的模具表面，喷涂厚度为0.1～0.2mm。水基含碳涂料按照质量百分比，由以下组分组成：C及碳化物：5％，吸光涂料：10％，粘结剂：85％，其中吸光涂料按照质量百分比，由以下组分组成：W：20％，Cr：20％，Mo：5％、Co：10％，余量为锰。C及碳化物由碳黑及碳化物组成，碳化物占C及碳化物的15％，碳化物由碳化钨和碳化硅按照质量比为2∶3混合而成，粘结剂由按照质量比为1∶0.05的酒精和漆片混合而成；
设置激光功率为0.5KW，扫描速度为100mm/min，激光带宽为2mm，进行激光扩渗处理；
步骤2：设置激光功率1KW，扫描速度为300mm/min，激光带宽为2mm，按以上工艺进行激光淬火，淬火层的表面硬度达到HRC60以上。
实施例2
步骤1：将水基含碳涂料均匀喷涂在清理后的模具表面，喷涂厚度为0.1～0.2mm。水基含碳涂料按照质量百分比，由以下组分组成：C及碳化物：25％，吸光涂料：20％，粘结剂：55％，其中吸光涂料按照质量百分比，由以下组分组成：W：30％，Cr：30％，Mo：10％、Co：20％，余量为硼。C及碳化物由碳黑及碳化物组成，碳化物占C及碳化物的30％，碳化物由碳化钨和碳化硅按照质量比为2∶3混合而成，粘结剂由按照质量比为1∶0.05的酒精和漆片混合而成；
设置激光功率为4KW，扫描速度为500mm/min，激光带宽为40mm，进行激光扩渗处理；
步骤2：设置激光功率5KW，扫描速度为2000mm/min，激光带宽为40mm，按以上工艺进行激光淬火，淬火层的表面硬度达到HRC60以上。
实施例3
步骤1：将水基含碳涂料均匀喷涂在清理后的模具表面，喷涂厚度为0.1～0.2mm。水基含碳涂料按照质量百分比，由以下组分组成：C及碳化物：15％，吸光涂料：15％，粘结剂：70％，其中吸光涂料按照质量百分比，由以下组分组成：W：25％，Cr：25％，Mo：8％、Co：15％，余量为硼。C及碳化物由碳黑及碳化物组成，碳化物占C及碳化物的20％，碳化物由碳化钨和碳化硅按照质量比为2∶3混合而成，粘结剂由按照质量比为1∶0.05的酒精和漆片混合而成；
设置激光功率为2KW，扫描速度为300mm/min，激光带宽为10mm，进行激光扩渗处理；
步骤2：设置激光功率3KW，扫描速度为1000mm/min，激光带宽为10mm，按以上工艺进行激光淬火，淬火层的表面硬度达到HRC60以上。
Claims (2)
1.一种采用激光淬火对模具型面进行处理的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：在模具脱碳区域预置一种水基含碳涂料，喷涂厚度为0.1～0.2mm，待涂料干燥后，对模具进行激光扩渗处理；
所述的水基含碳涂料按照质量百分比，由以下组分组成：C及碳化物：5～25%，吸光涂料：10～20%，余量为粘结剂，以上各组分的质量百分比之和为100%；
所述的C及碳化物中的C为微米级的碳黑，碳化物为微米级碳化钨和微米级碳化硅的混合物，碳化钨和碳化硅的质量混合比为2：3，碳化物占C及碳化物的15～30%；
所述的吸光涂料按照质量百分比，由以下组分组成：W：20～30%，Cr：20～30%，Mo：5～10%、Co：10～20%，余量为稀土元素，以上各组分的质量百分比之和为100%；
所述的激光扩渗处理工艺为：设置激光功率为0.5～4kW，扫描速度为100～500mm/min，激光带宽为2～40mm；
步骤2：对步骤1得到的模具型面进行激光淬火处理，激光淬火处理工艺为：设置激光功率为1～5kW，扫描速度为300～2000mm/min，激光带宽为2～40mm。
2.根据权利要求1所述的采用激光淬火对模具型面进行处理的方法，其特征在于，所述的粘结剂由质量比为1：0.05的酒精和漆片混合而成。
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