CN106191385A - 一种薄板件激光淬火方法 - Google Patents

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唐治恒
侯均刚
刘其勇
喻敏
王友兵
申波
张宏强
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Abstract

本发明公开了一种薄板件激光淬火方法，包括以下步骤：第一步，准备：将待淬火薄板件浸在水体内，仅淬火面露出水面；第二步，淬火：利用激光淬火扫描头对淬火区域进行分段激光扫描，且分段扫描速度依次增大；第三步，回火：采用低温回火进行回火处理，回火出炉后空冷。优选，淬火区域包括首段、中间段和尾段的至少三个分段，且中间段与首段之间的速度增量小于尾段与中间段之间的速度增量；其中，首段和尾段长度均小于中间段，且尾段长度小于首段；回火步骤中的回位温度为140～180℃，时间3～5h。本发明的有益效果是，可实现薄板件的浅层深淬火，用于小型联轴节减震器的簧片，解决了因感应淬火易淬透和易开裂的问题，确保薄板构件具有良好的塑形和耐磨性。

Description

一种薄板件激光淬火方法
技术领域
本发明涉及一种薄板件热处理方法，特别是一种薄板件激光淬火方法。
背景技术
激光淬火作为一种新工艺，其基本机理是通过高能激光束扫描工件表面，工件表层材料吸收激光辐射能并转化为热能，然后通过热传导使周围材料温度以极快的速度升高到奥氏体相变以上、熔点以下，再通过材料基体的自冷却作用使被加热的表层材料以超过马氏体相变临界冷却速度而快速冷却，从而完成相变硬化。簧片作为联轴节减震器传动中的关键零件，使用时不仅受传动所致弯矩，还要与花键轴啮合摩擦所致接触疲劳，故需要有良好的弹韧性和表面耐磨性，既需要提高工件表面硬度以实现耐磨，又需要保留芯部的调质组织以保持调质的良好韧性。采用氮化、感应淬火或火焰淬火等工艺方案都不能满足外硬内软的要求，可通过热影响区小的激光淬火实现。但由于簧片类薄板件的基体少，通常在4mm以下的2.5mm左右，在激光加热时工件整体升温，工件自冷却速度不能满足马氏体相变临界冷却速度的要求，不能实现淬火硬化。若在激光扫描使工件奥氏体化后再转移至冷却介质中冷却，则因加热面与非加热面的热应力及相变不同时性，工件会产生较大的变形，且容易因工件加热透了整个厚度截面，造成整体硬化，其自冷却能力不足而不能得到马氏体转变。为此，需要一种适用于薄板件的激光淬火方法。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种薄板件激光淬火，该利用水作为基体自冷能量储备，使淬火层材料以超过马氏体相变临界冷却速度而快速冷却，从而实现表面淬火目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种薄板件激光淬火方法，包括以下步骤：
第一步，准备：将待淬火薄板件浸在水体内，仅淬火面露出水面；
第二步，淬火：利用激光淬火扫描头对淬火区域进行分段激光扫描，且分段扫描速度依次增大；
第三步，回火：采用低温回火进行回火处理，回火出炉后空冷。
采用前述技术方案的本发明，由于薄板件在加热过程中因自身无法完成自冷，通过底部的水辅助冷却，水位正好与工件水平高度相同，其淬火面暴露于空气中，非淬火面置于水中，相当于在非淬火面人为增加热量吸收，保证在加热过程中通过工件及工件非淬火面接触的水吸收热量，确保工件快速升温后迅速冷却；更重要的是，扫描速度采用前慢后快的方式进行，以在前期因无热量堆积时，通过激光束以低速度行走积蓄热量；当前期热量产生堆积后，激光束升至正常行走速度；在即将完成时，以较快速度扫描，以避免扫描完成时的短时停顿造成热量堆积而造成工件烧熔；另外，还通过低温回火释放应力，使工件向热前形状回复，从而矫正工件的淬火变形。故本方法可实现薄板件的浅层深淬火，尤其是在小型联轴节减震器的簧片上的应用，解决了因感应淬火易淬透和易开裂的问题，确保薄板构件具有良好的塑形和耐磨性。
优选的，所述淬火区域包括首段、中间段和尾段的至少三个分段，且中间段与首段之间的速度增量小于尾段与中间段之间的速度增量。以对淬火段进行细分，确保淬火质量和减少淬火变形。
进一步优选的，所述中间段由两段组成。以进一步淬火段进行细分，确保淬火质量和减少淬火变形。
进一步优选的，所述首段和尾段长度均小于中间段，且尾段长度小于首段。以在确保淬火质量的同时，提高淬火工作效率。
更进一步优选的，所述回火步骤中的回位温度为140～180℃，时间3～5h。以确保淬火变形应力充分释放，减小或消除工件变形。
本发明的有益效果是，可实现薄板件的浅层深淬火，尤其是小型联轴节减震器的簧片上的应用，解决了因感应淬火易淬透和易开裂的问题，确保薄板构件具有良好的塑形和耐磨性。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
一种薄板件激光淬火方法，用于对薄板件类弹簧片进行淬火处理，弹簧片材料为50CrVA，厚度1.97mm，淬火区域长度42mm，淬火层深0.5～0.8mm，淬火面硬度要求58～62HRC，非淬火面硬度与基体硬度偏差≤3HRC，按以下步骤进行：
第一步，准备：将待淬火薄板件的弹簧片浸在辅助水箱的水体内，仅使淬火面露出水面；
第二步，淬火：先将淬火区域长度42mm分为四段，依次为首段为10mm，中间第一段为10mm，中间第二段为15mm，尾段7mm；再利用输出功率为2500KW；电流为6A的激光淬火设备的扫描头对淬火区域进行分段激光扫描，且分段扫描速度依次增大；其中，首段的扫描速度为400mm/min，中间第一段扫描速度为410mm/min；中间第二段扫描速度为430mm/min；尾段扫描速度为470mm/min；其中，相前后邻段形成的衔接区长度用于扫描头移动加速，该衔接区长度小于或等于3mm，以使相邻段形成良好过渡，降低热能突变造成变形。
第三步，回火：采用低温回火进行回火处理，回位温度为140～180℃，时间3～5h，回火出炉后空冷。
在方案中，首段扫描速度还可采用390～400mm/min中除400mm/min外的任意值；中间第一段扫描速度还可采用405～415mm/min中除410mm/min外的任意值；中间第二段扫描速度还可采用425～435mm/min中除430mm/min外的任意值；尾段扫描速度还可采用465～475mm/min中除470mm/min外的任意值。
以上虽然描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。

Claims (6)

1.一种薄板件激光淬火方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，准备：将待淬火薄板件浸在水体内，仅淬火面露出水面；
第二步，淬火：利用激光淬火扫描头对淬火区域进行分段激光扫描，且分段扫描速度依次增大；
第三步，回火：采用低温回火进行回火处理，回火出炉后空冷。
2.根据权利要求1所述的薄板件激光淬火方法，其特征在于，所述淬火区域包括首段、中间段和尾段的至少三个分段，且中间段与首段之间的速度增量小于尾段与中间段之间的速度增量。
3.根据权利要求2所述的薄板件激光淬火方法，其特征在于，所述中间段由两段组成。
4.根据权利要求3所述的薄板件激光淬火方法，其特征在于，所述首段的扫描速度为390～400mm/min，中间第一段扫描速度为405～415mm/min；中间第二段扫描速度为425～435mm/min；尾段扫描速度为465～475mm/min。
5.根据权利要求2所述的薄板件激光淬火方法，其特征在于，所述首段和尾段长度均小于中间段，且尾段长度小于首段。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的薄板件激光淬火方法，其特征在于，所述回火步骤中的回位温度为140～180℃，时间3～5h。
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