CN105506232B - 一种调整钢硬度的激光复合处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调整钢硬度的激光复合处理工艺，包括以下步骤：S1：提供一钢铁工件，所述钢铁工件为中高碳钢，并采用激光在所述钢铁工件表面进行淬火处理，从而获得组织为细晶马氏体的淬硬层；以及S2：采用激光在所述淬硬层表面进行回火处理，从而得到回火层组织。本发明的钢铁工件通过该工艺后，其表面的硬度和耐磨性得到提升，且其保持了该钢铁工件表面的韧性，且可使该钢铁工件表面的第一层强化层磨耗完毕之后，在不拆卸该钢铁工件的前提下再次实现钢铁工件的表面强化，从而大幅度减少维修时间，降低生产成本。

Description

一种调整钢硬度的激光复合处理工艺
技术领域
本发明涉及一种激光表面热处理领域，特别涉及一种调整钢硬度的激光复合处理工艺。
背景技术
钢的表面处理是机械工业的一项重要基础技术，广泛应用于轴、轴承、齿轮、连杆等重要机械零件以及模具等重要行业。通过合适的表面处理技术，可以极大提升工件表面性能，从而获得成倍的使用寿命。因此，钢的表面处理技术对提升材料性能、提高工件质量、延长寿命、节约材料等方面具有重要意义。
为提高工件使用寿命，国内普遍采用传统整体淬火、感应淬火和火焰淬火等表面处理方式，存在变形大、易开裂、硬度均匀性差、工作环境恶劣、工人劳动强度大，淬火质量难以得到保证等缺点，使得钢材潜能没有得到充分发挥，影响工件使用寿命，造成大量材料浪费。
近几十年来，国内外学者对钢铁表面处理技术进行了深入研究，并已取得一定成果。激光表面强化技术是近年来发展迅猛的一门表面处理技术，其特点是加热速度快、硬度均匀、热影响区小、工件变形小，因此有望取代传统淬火工艺，成为新一代的钢铁表面强化工艺，目前几乎在各行业都获得了重要的应用。中国发明专利文献“一种汽车覆盖件模具表面激光淬火工艺”(授权公告号为CN101665862A，授权公告日为2010年3月10日)以及“一种汽车模具激光淬火硬化处理的工艺”(公告号为CN101109032A，公告日为2008年1月23日)均报道了汽车模具表面激光淬火强化处理的工艺方法，通过激光处理使汽车模具表面实现快速加热和冷却，获得内部组织主要由马氏体和渗碳体构成的淬硬层，硬度可达HRC50以上。中国发明专利文献“铁路高速重轨激光淬火硬化工艺”(授权公告号为CN200710012480，授权公告日为2009年6月24日)报道了通过激光对铁路高速重轨进行淬火强化处理，从而获得较高硬度淬火层。
但是，大量研究表明，通过激光在工件表面进行整面淬火强化，虽然提升了工件表面硬度和耐磨性，但降低工件表面韧性，在较大强度冲击下，工件表面极易出现崩裂现象并引发失效，无法达到延长工件使用寿命的目的。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，提供一种既能提升工件表面硬度和耐磨性，又能保持工件表面的韧性的调整钢硬度的激光复合处理工艺。
本发明采用的技术方案：一种调整钢硬度的激光复合处理工艺，包括以下步骤：S1：提供一钢铁工件，所述钢铁工件为中高碳钢，并采用激光在所述钢铁工件表面进行淬火处理，从而获得组织为细晶马氏体的淬硬层；以及S2：采用激光在所述淬硬层表面进行回火处理，从而得到回火层组织。
本发明的效果是：该钢铁工件通过该工艺后，其表面的硬度和耐磨性得到提升，且其保持了该钢铁工件表面的韧性，且可使该钢铁工件表面的第一层强化层磨耗完毕之后，在不拆卸该钢铁工件的前提下再次实现钢铁工件的表面强化，从而大幅度减少维修时间，降低生产成本。
进一步地，在淬火处理前，先通过砂纸、毛刷或酸洗去除所述钢铁工件表面的氧化物，再用去污溶剂将所述钢铁工件表面清洗干净。
进一步地，在所述钢铁工件的表面涂布吸光涂料，以提高所述钢铁工件对激光的吸收效率。
进一步地，在回火处理前，先通过砂纸或毛刷再次对所述钢铁工件的淬火部位进行清理，去除表面残留的吸光涂料，再用去污溶剂将所述钢铁工件的淬火部位进行清理。
进一步地，所述钢铁工件的淬火表面涂布吸光涂料，以提高所述钢铁工件对激光的吸收效率。
进一步地，所述吸光涂料成分为：70wt％Al2O3颗粒、18wt％ZrO2颗粒和12wt％SiO2颗粒。
所述吸光涂料涂层厚度为0.02-0.1mm，所述淬硬层深度大于0.5mm，所述回火层深度大于0.5mm。
所述回火激光功率低于淬火激光功率；所述回火激光扫描速度低于淬火激光扫描速度。
所述激光淬火参数为：功率2100W，扫描速度8mm/s，光斑直径14mm；所述激光回火参数为：功率500-950W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm。
所述回火层组织为回火马氏体、或回火屈氏体和回火马氏体、或回火索氏体和回火屈氏体、或回火索氏体。
附图说明
图1所示为本发明的调整钢硬度的激光复合处理工艺提供的钢铁工件的基材组织形貌图。
图2所示为图1中的钢铁工件经过激光淬火处理后形成的淬硬层的组织形貌图。
图3所示为图2中的淬硬层经过第一激光回火条件下后得到的回火层组织形貌图。
图4所示为图2中的淬硬层经过第二激光回火条件下后得到的回火层组织形貌图。
图5所示为图2中的淬硬层经过第三激光回火条件下后得到的回火层组织形貌图。
图6所示为图2中的淬硬层经过第四激光回火条件下后得到的回火层组织形貌图。
图7为钢铁工件的基材、基材经激光淬火处理后形成的淬硬层和淬硬层分别经过第一至第四激光回火条件后得到的回火层的硬度层深分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明涉及一种调整钢硬度的激光复合处理工艺，包括以下步骤：
步骤S1，提供一钢铁工件，该钢铁工件的材料为CL60，材料组织由少量条状铁素体+珠光体+索氏体组成，组织形貌如图1所示，该钢铁工件基材的硬度在HV320-350之间(如图7所示1#)。将该钢铁工件表面除锈，用砂纸、毛刷或酸洗打磨光洁并用酒精等去污溶剂清洗去油污后，采用70wt％Al2O3颗粒、18wt％ZrO2颗粒和12wt％SiO2颗粒，用20～50wt％水均匀配制成吸光涂料，均匀喷涂在该钢铁工件表面，设定CO2激光功率为2100W，扫描速度8mm/s，光斑直径14mm，利用上述参数对该钢铁工件进行淬火强化处理，获得如图2所示细晶马氏体组织，淬火层深0.65mm，淬火硬度HV700-750之间，如图7所示2#样。
步骤S2，对淬火处理部位重复上述清洁及喷涂吸光涂料工作，并设定第一激光回火条件：CO2激光功率为500W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm，利用上述参数对该钢铁工件进行回火处理，并获得如图3所示回火马氏体组织，回火层深约0.6mm，淬火硬度值在HV650-675之间，如图7所示3#样。采集试样进行磨损试验后发现，相同磨损条件下，3#样磨损量仅为该钢铁工件处理前的磨损量的1/3。
对该钢铁工件进行回火处理时，若设定为第二激光回火条件：CO2激光功率为650W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm，则可获得如图4所示回火屈氏体+回火马氏体，层深约0.7mm，淬火硬度值在HV550-650之间，如图7所示4#样。采集试样进行磨损试验后发现，相同磨损条件下，4#样磨损量仅为处理前试样磨损量1/3。
对该钢铁工件进行回火处理时，若设定为第三激光回火条件：CO2激光功率为800W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm，则获得如图5所示的回火索氏体+回火屈氏体，层深约0.75mm，淬火硬度值在HV450-550之间，如图7所示5#样。采集试样进行磨损试验后发现，相同磨损条件下，5#样磨损量仅为处理前试样磨损量2/5。
对该钢铁工件进行回火处理时，若设定为第四激光回火条件：CO2激光功率为950W，扫描速度4mm/s,光斑直径14mm，则获得如图6所示组织为回火索氏体组织，层深约0.65mm，淬火硬度值在HV380-430之间，如图7所示6#样。采集试样进行磨损试验后发现，相同磨损条件下，6#样磨损量仅为处理前试样磨损量1/2。
如此，该钢铁工件通过该工艺后，其表面的硬度和耐磨性得到提升，且其保持了该钢铁工件表面的韧性；且激光设备具有柔性加工、自动化控制、模块化组装、激光复合处理工艺硬化层深度可调、工件变形量小等特点，既可以在生产车间内实现定点加工，还可以实现工件的现场强化处理，它可使钢铁工件表面的第一层强化层磨耗完毕之后，在不拆卸钢铁工件的前提下再次实现钢铁工件的表面强化，从而大幅度减少维修时间，进一步降低企业生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种调整钢硬度的激光复合处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供一钢铁工件，所述钢铁工件为中高碳钢，并采用激光在所述钢铁工件表面进行淬火处理，从而获得组织为细晶马氏体的淬硬层，该钢铁工件的材料为CL60，材料组织由少量条状铁素体+珠光体+索氏体组成，其硬度在HV320-350之间；以及
S2：采用激光在所述淬硬层表面进行回火处理，从而得到回火层组织；
所述回火激光功率低于淬火激光功率；所述回火激光扫描速度低于淬火激光扫描速度；所述激光淬火参数为：功率2100W，扫描速度8mm/s，光斑直径14mm；所述激光回火参数为：功率500-950W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm；所述回火层组织为回火马氏体、或回火屈氏体和回火马氏体、或回火索氏体和回火屈氏体、或回火索氏体；具体如下：
CO2激光功率为500W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm，获得回火马氏体组织，淬火硬度值在HV650-675之间，磨损量为原钢铁工件磨损量的1/3；
CO2激光功率为650W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm，获得回火屈氏体+回火马氏体，淬火硬度值在HV550-650之间，磨损量为原钢铁工件磨损量的1/3；
CO2激光功率为800W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm，获得回火索氏体+回火屈氏体，淬火硬度值在HV 450-550之间，磨损量为原钢铁工件磨损量的2/5；
CO2激光功率为950W，扫描速度4mm/s，光斑直径14mm，获得回火索氏体组织，淬火硬度值在HV380-430之间，磨损量为原钢铁工件磨损量的1/3。
2.如权利要求1所述的调整钢硬度的激光复合处理工艺，其特征在于：在淬火处理前，先通过砂纸、毛刷或酸洗去除所述钢铁工件表面的氧化物，再用去污溶剂将所述钢铁工件表面清洗干净。
3.如权利要求2所述的调整钢硬度的激光复合处理工艺，其特征在于：在所述钢铁工件的表面涂布吸光涂料，以提高所述钢铁工件对激光的吸收效率。
4.如权利要求3所述的调整钢硬度的激光复合处理工艺，其特征在于：在回火处理前，先通过砂纸或毛刷再次对所述钢铁工件的淬火部位进行清理，去除表面残留的吸光涂料，再用去污溶剂将所述钢铁工件的淬火部位进行清理。
5.如权利要求4所述的调整钢硬度的激光复合处理工艺，其特征在于：所述钢铁工件的淬火表面涂布吸光涂料，以提高所述钢铁工件对激光的吸收效率。
6.如权利要求5所述的调整钢硬度的激光复合处理工艺，其特征在于：所述吸光涂料成分为：70wt％Al2O3颗粒、18wt％ZrO2颗粒和12wt％SiO2颗粒。
7.如权利要求6所述的调整钢硬度的激光复合处理工艺，其特征在于：所述吸光涂料涂层厚度为0.02-0.1mm，所述淬硬层深度大于0.5mm，所述回火层深度大于0.5mm。
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