CN102649990A

CN102649990A - 一种对轴类工件进行激光相变硬化的工艺

Info

Publication number: CN102649990A
Application number: CN2012101371103A
Authority: CN
Inventors: 柳岸敏; 张翀昊
Original assignee: ZHANGJIAGANG HEHAO LASER TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: ZHANGJIAGANG HEHAO LASER TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-05-05
Filing date: 2012-05-05
Publication date: 2012-08-29

Abstract

本发明公开了一种可大幅减小对待环状硬化带的各点的激光照射时间差异的对轴类工件进行激光相变硬化的工艺，其步骤为：首先对所述工件进行表面清洁；然后，将所述的轴类工件装夹在机床的转子上，并以800-1200转/分钟的速度作轴向旋转；用激光对着旋转着的轴类工件环状表面的待硬化处进行交角为78-85°的照射，当该受热硬化的环状表面的光斑中心点的温度达到1000-1200℃时，照射结束，硬化完成。在整个激光相变硬化过程中，所述的工件始终处于高速旋转状态，使得环状硬化带上各点受热均匀，同时升温，同时达到硬化温度后，停止激光照射，硬化处理后的环状硬化带硬度均匀，金相一致，无缺陷产生。

Description

一种对轴类工件进行激光相变硬化的工艺

技术领域

本发明涉及到激光相变硬化工艺，尤其涉及到一种对轴类工件进行激光相变硬化的工艺。

背景技术

随着表面工程各项技术的发展，对钢铁材料的表面处理的技术、方法、工艺也得到了极大的改进与创新。目前，市场上绝大部分的热处理方法都是对工件进行整体热处理，无法对工件某一指定的局部表面进行针对性的热处理，使得工件其他部分表面性质不发生变化。激光表面硬化几乎是唯一的一种能够对工件指定的局部表面进行热处理的表面技术。

众所周知，轴类零件的头部或尾部，例如：轴向柱塞泵中的空心柱塞的头部即空心柱塞的柱塞头，由于其工作表面频繁摩擦，需要良好的耐磨性能。为此，通常使用耐磨合金制造柱塞体，或用烧结或其他方法覆以耐磨层，制造成本较高；为了节省制造成本，已经有人尝试采用整体热处理硬化的方法来增加轴类零件工作表面的耐磨性。但由于以下三个原因，轴类零件往往不适用于整体热处理硬化：(1)轴类零件其它部位受到摩擦较少，不易磨损，无需硬化；(2)轴类零件往往要求较高的整体韧性；(3)若进行整体热处理硬化，则热处理以后的热变形无法控制，并且，由于硬化后加工难度增大，不易再次进行机械加工。因此，一种较为创新的方法是：使用激光相变硬化技术，对轴类零件的头部或尾部的指定区域，进行一圈环状硬化处理，造成一个环状硬化带。具体工艺为：激光光束垂直于工件轴向，照射在工件表面待加工处，沿工件周向行进一圈，造成一个环状硬化带。在使用激光硬化技术对轴类工件进行局部硬化以后，其服役寿命可增加20％～50％。

然而，这种新的硬化工艺仍然有其不足：在进行环状硬化处理时，激光需行进一圈，起点与终点重合，重合处在短时间内被两次相变硬化处理，出现金相紊乱。与环状硬化带上其他部分相比，重合处的硬度大大降低——图1示出了环状硬化带上各点的硬度测量值，金相不均匀，造成缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可大幅减小对待环状硬化带的各点的激光照射时间差异的对轴类工件进行激光相变硬化的工艺。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种对轴类工件进行激光相变硬化的工艺，其步骤为：首先对所述工件进行表面清洁；然后，将所述的轴类工件装夹在机床的转子上，并以800-1200转/分钟的速度作轴向旋转；用激光对着旋转着的轴类工件环状表面的待硬化处进行交角为78-85°的照射，当该受热硬化的环状表面的光斑中心点的温度达到1000-1200℃时，照射结束，硬化完成；

所述激光的发生装置的种类根据所述工件的表面光洁度而定：表面光洁度为Ra0.2以下的工件，选用二氧化碳激光；表面光洁度为Ra0.2以上的工件，选用半导体激光；

所述激光的发生装置的输出功率根据所述工件的待加工环状带的直径及所选激光的发生装置的种类而定：直径5-15mm，半导体激光为1KW，二氧化碳激光为2KW；直径15-35mm，半导体激光可选用2KW输出功率，二氧化碳激光为4KW；直径35mm以上，半导体激光可选用4KW输出功率，二氧化碳激光为10KW。

所述的表面清洁包括去除油污和铁屑。

所述的去除油污采用将所述轴类工件表面加热去油，或者采用有机清洗剂去油。

在激光照射过程中，检测所述轴类工件受热硬化的环状表面光斑中心处的温度的频率为24-72赫兹。

本发明的有益效果为：在整个激光相变硬化过程中，工件始终处于高速旋转状态，使环状硬化带上各点受热均匀，同时升温，同时达到硬化温度后，停止激光照射，硬化处理后的环状硬化带硬度均匀，金相一致，无缺陷产生，工件表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性均得至了显著提高，降低了生产成本，可提高工件服役寿命50％～100％；而且，工件变形小，无需再次机加工；表面外观质量优良；由于激光束并不垂直照射工件表面，避免了激光束在工件表面被反射，重新进入激光源，损坏激光器，而且，78-85度的交角，使得激光的能量得到了较为充分的利用；除此之外，24-72赫兹之间的温度采集频率的设置比较合理，使得检测到工件表面光斑中心处的温度达到目标温度时，能够及时停止激光照射——参见图3所示，满足了硬化工艺要求。

附图说明

图1是采用背景技术中所述的激光相变硬化工艺得到的环状硬化带与基材的硬度对照图。

图2是采用本发明所述的激光相变硬化工艺得到的环状硬化带与基材的硬度对照图。

图3是本发明所述的激光相变硬化过程中工件表面光斑中心处的温度曲线示意图。

具体实施方式

下面以轴向柱塞泵中的空心柱塞的柱塞头部为例来详细描述本发明所述的具体实施方案：

采用普通45号钢来制造空心柱塞体，在机加工完成后，对柱塞头进行激光相变硬化，经过激光相变硬化的环状硬化带完全可达到其耐磨性要求。

实施例一：

假定空心柱塞的待硬化环状带的直径为10毫米，表面光洁度在Ra0.2以下；选用额定输出功率为2.5KW的二氧化碳激光器作为激光源，设定其输出功率为2KW；设定机床的转速为800转/分钟，设定目标温度为1000℃；其具体的工作过程同实施例五。

实施例二：

假定空心柱塞的待硬化环状带的直径为20毫米，表面光洁度在Ra0.2以下；选用额定输出功率为6KW的二氧化碳激光器作为激光源，设定其输出功率为4KW；设定机床的转速为900转/分钟，设定目标温度为1050℃；其具体的工作过程同实施例五。

实施例三：

假定空心柱塞的待硬化环状带的直径为20毫米，表面光洁度在Ra0.2以上；选用额定输出功率为2.5KW的半导体激光器作为激光源，设定其输出功率为2KW；设定机床的转速为1000转/分钟，设定目标温度为1100℃；其具体的工作过程同实施例五。

实施例四：

假定空心柱塞的待硬化环状带的直径为40毫米，表面光洁度在Ra0.2以上，选用额定输出功率为6KW的半导体激光器作为激光源，设定其输出功率为4KW；设定机床的转速为1150转/分钟，设定目标温度为1150℃；其具体的工作过程同实施例五。

实施例五：

假定空心柱塞的待硬化环状带的直径为40毫米，表面光洁度在Ra0.2以下，选用额定输出功率为15KW的二氧化碳激光器作为激光源，设定其输出功率为10KW；设定机床的转速为1200转/分钟，设定目标温度为1200℃；

具体的工作过程为：首先去除空心柱塞表面的油污和铁屑，然后，选用合适的机床夹具，将其固定在机床的转子上；调整激光器，使得激光光束与空心柱塞轴向交角为78-85°，使激光光束落点定位于柱塞头垂直于轴向的最高点处；采用固定式非接触温度监测装置，监测柱塞头垂直于轴向的最高点处的温度；启动机床工作，空心柱塞随着机床转子旋转，达到设定转速之后，启动激光器，激光光束照射到空心柱塞表面的待加工处，空心柱塞受热升温；当柱塞头垂直于轴向的最高点处的温度达到目标温度时，切断激光输出——参见图3所示，硬化完成；然后，将空心柱塞从夹具上取下，加工完成。

以上五个实施例仅为本发明的五种具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思，加以等同替换或改变构成的技术方案都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种对轴类工件进行激光相变硬化的工艺，其步骤为：

a、表面清洁；

b、将所述的轴类工件装夹在机床的转子上，并以800-1200转/分钟的速度作轴向旋转；

c、用激光对着旋转着的轴类工件环状表面的待硬化处进行交角为78-85°的照射，当该受热硬化的环状表面的光斑中心点的温度达到1000-1200℃时，照射结束，硬化完成；

2.根据权利要求1所述的对轴类工件进行激光相变硬化的工艺，其特征在于：所述的表面清洁包括去除油污和铁屑。

3.根据权利要求2所述的对轴类工件进行激光相变硬化的工艺，其特征在于：所述的去除油污采用将所述轴类工件表面加热去油，或者采用有机清洗剂去油。

4.根据权利要求1、2或3所述的对轴类工件进行激光相变硬化的工艺，其特征在于：在激光照射过程中，检测所述轴类工件受热硬化的环状表面光斑中心处的温度的频率为24-72赫兹。