CN106755755A - 一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面热处理技术领域，具体涉及一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法。该方法采用吹气辅助，两次不等速扫描激光淬火，来达到待淬火零件强化的目的。两次扫描速度不一致，第一次扫描速度较慢，第二次扫描速度较快，且整个过程中功率保持一致，气体流量保持不变，淬火过程中任意时刻气体以固定角度吹向链轮平面淬火光斑位置处。本发明不仅提高了工件的硬度、耐磨性、抗疲劳、抗氧化等性能，并且解决了锁销孔感应淬火硬度低、淬火面融化等问题。

Description

一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法
技术领域
本发明属于表面热处理技术领域，具体涉及一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法。
背景技术
汽车发动机链轮是汽车发动机配气系统的重要组成部分，链轮通过与曲轴的连接并配合一定的传动比来保证进气(排气)的量和气门开合时间、角度，使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率。链轮的作用就是对发动机凸轮的相位进行调节，从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化，以提高充气效率，增加发动机功率。
汽车发动机链轮在使用过程中，要求链轮轮齿、锁销孔等工作面达到一定的强度。而汽车链轮一般由铁基合金粉末压制、烧结而成，由于粉末冶金材料在压制、烧结过程中，本身存在一定孔隙和组织不均匀等缺陷，影响链轮的机械性能和使用寿命。尤其在链轮表面锁销孔处，发动机运转过程中，销与锁销孔长期摩擦，锁销孔表面就需要更高的强度和耐磨性来满足性能要求，因此必须对销与锁销孔碰撞面进行强化处理。
目前粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔的强化处理方式普遍采用感应淬火，感应淬火通过工件表面产生的感应电流将链轮锁销孔加热，热源在工件表层，加热速度快，热效率比较高，且链轮不是整体加热，变形较小。
但是采用感应淬火的淬火方法，还是存在以下问题：
1.感应淬火需要根据零件的形状和尺寸设计相应的感应线圈，但是由于锁销孔形状不规则、孔径很小，感应线圈受到限制，进而影响淬火质量。
2.链轮锁销孔采用感应淬火时经常出现硬度低、硬度分布不均匀、淬火面熔化等缺陷。
3.由于链轮锁销孔形状复杂，采用感应淬火时容易在锁销孔台阶面处产生裂纹而报废。
4.链轮采用感应淬火，生产效率低，产品质量不稳定。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提出了一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法，不仅提高了工件的硬度、耐磨性、抗疲劳、抗氧化等性能，并且解决了锁销孔感应淬火硬度低、淬火面融化等问题。
本发明的基本工作原理是：
本发明采取了一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法，采用气体辅助，两次不等速扫描激光淬火，来达到待淬火零件强化的目的。两次扫描速度不一致，第一次扫描速度较慢，第二次扫描速度较快，且整个过程中功率保持一致，气体流量保持不变，淬火过程中任意时刻气体以固定角度吹向链轮平面淬火光斑位置处。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法，包括以下步骤：
1)淬火前准备；
在待淬火零件上确定淬火区域，确定淬火的起始位置A1和终止位置A2；
2)一次激光淬火；
调整刚性气体输送管与待淬火零件之间的角度为40～55°，刚性气体输送管出气端最低点与光斑中心点距离为28～32mm；开启激光器，调整激光器的离焦量为-15～+15mm,功率为1500～1700W；激光器的吹气装置的气体流量大小为10～20L/min；运行激光器出光，激光器以6.0～9.0mm/s的扫描速度从待淬火区域的起始位置A1移动至终止位置A2，对待淬火零件进行一次淬火；
3)自然冷却；
在完成步骤1后，暂停激光器出光，待淬火零件自然冷却2～4秒；
4)二次激光淬火；
再次运行激光器出光，保证激光器的离焦量、功率以及激光器的吹气装置的气体流量大小和一次激光淬火时一致；激光器以8.0～12.0mm/s的扫描速度从待淬火区域的终止位置A2移动至起始位置A1，对待淬火零件进行二次淬火；
5)对淬火零件检测，若待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织符合要求，则工作完成；若待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织不符合要求，则调整激光器的功率、激光器的吹气装置的气体流量大小以及激光器的扫描速度，再次重复步骤2)至4)，直至待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织符合要求。
上述激光器的吹气装置吹出的气体为氮气或惰性气体。
上述待淬火零件为含防锈油粉末冶金材料制成；待淬火零件的淬火区域为平面或曲面或槽面。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用激光淬火过程中的急热急冷过程使得淬火后马氏体晶粒极细、位错密度相对于常规淬火更高，进而大大提高了链轮的性能。
2.本发明采用的激光淬火处理层表面组织更致为密，与感应淬火相比具有更高的硬度和耐磨性。
3.激光功率密度高，与零件上某点的作用时间很短(0.01-1s)，故零件的热影响和变形都非常小，不需要水、油等外界冷却介质，是一种清洁、快速的淬火方法。
4.本发明中吹气装置在淬火过程吹出的为氮气或惰性保护气体，由于此气体的存在，一方面吹走油烟，免除了油烟灰尘等对激光束能量的影响，另一方面在一定程度上加快了淬火冷却速度，显著提高了淬火硬度与均匀性。
5.本发明采用两次不等速扫描淬火不仅解决了感应淬火导致的表面融化、热影响过大等问题，还明显提高了有效淬硬层深度。
6.本发明待淬火零件为含防锈油粉末冶金材料制成；待淬火零件的淬火区域为平面或曲面或槽面等局部区域淬火，并且激光可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等局部区域，加入了辅助气体，吹走淬火过程中产生的气体及烟尘，使激光束不受影响，到达淬火零件表面的激光束能量一致，提高了链轮锁销孔激光淬火后的硬度及深度均匀性，解决了锁销孔感应淬火淬火区域硬度分布不均匀、容易产生裂纹等问题。
附图说明
图1为本发明粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火示意图。
图中：1-气管调整装置；2-半导体激光器；3-粉末冶金汽车发动机链轮；4-刚性气体输送管。
具体实施方案
下面结合附图与实例对本发明做进一步说明：
参见附图，一种带吹气装置的激光淬火装置包括气管调整装置1、半导体激光器2、待淬火零件3以及刚性气体输送管4；
所述气管调整装置1固定于半导体激光器2一侧，始终与半导体激光器2一起移动；刚性气体输送管4以一定角度安装在气体调整装置1下端的装夹槽中，刚性气体输送管4与待淬火零件3呈一定的夹角，刚性气体输送管4出气端最低点与激光器光斑中心点保持一定的距离，确保淬火过程中任意时刻气体正好流向链轮平面淬火光斑位置处。
采用该激光淬火装置的淬火方法，具体包括以下步骤：
步骤1)淬火前准备；
在待淬火零件上确定淬火区域，确定淬火的起始位置A1和终止位置A2；
步骤2)一次激光淬火；
调整刚性气体输送管与待淬火零件之间的角度为40～55°，刚性气体输送管出气端最低点与光斑中心点距离为28～32mm；开启激光器；调整激光器的离焦量为-15～+15mm,功率为1500～1700W；激光器的吹气装置的气体流量大小为10～20L/min；运行激光器出光；激光器以6.0～9.0mm/s的扫描速度从待淬火区域的起始位置A1移动至终止位置A2，对待淬火零件进行一次淬火；
步骤3)自然冷却；
在完成步骤1后，暂停激光器出光，待淬火零件自然冷却2～4秒；
步骤4)二次激光淬火；
再次运行激光器出光，保证激光器的离焦量、功率以及激光器的吹气装置的气体流量大小和一次激光淬火时一致；激光器以8.0～12.0mm/s的扫描速度从待淬火区域的终止位置A2移动至起始位置A1，对待淬火零件进行二次淬火；
步骤5)对淬火零件检测，若待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织符合要求，则工作完成；若待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织不符合要求，则调整激光器的功率、激光器的吹气装置的气体流量大小以及激光器的扫描速度，再次重复步骤2)至4)，直至待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织符合要求。
下面以汽车VVT排气链轮锁销孔和汽车H02进气链轮锁销孔的淬火工艺进行详述：
实例1：一种粉末冶金汽车VVT排气链轮锁销孔的激光淬火：
汽车VVT排气链轮是一种粉末冶金件，其化学成分为：C 0.70％；Cu 1.50％；Ni1.74％；Mo 0.50％；Fe余量；密度7.0g/cm3,汽车VVT链轮热处理要求为：(1)锁销孔表面淬火硬度35～45HRC，(2)，硬化层深度≥0.60mm。
调整刚性气体输送管与链轮平面夹角为53°，出气端最低点与光斑中心点距离为31mm。淬火工艺参数是：离焦量+15mm，功率1600w，光斑大小2×10mm，气体流量15L/Min，第一次扫描速度7.0mm/s，第二次扫描速度10.0mm/s，两次扫描之间停顿2.5秒。待第二次扫描结束后淬火完成，取下工件，进行硬度、硬化层深度和金相组织检测。用HR-150A洛氏硬度计测得锁销孔及其过度面硬度为38～44HRC，硬化层深度为0.75～0.95mm，用XJP-6A金相显微镜观察其马氏体为晶粒极细的针状马氏体。硬度、硬化层深度和金相组织均达到产品要求。
实例2：一种粉末冶金汽车H02进气链轮锁销孔的激光淬火：
汽车H02进气链轮是一种粉末冶金件，其化学成分为：C 0.75％；Cu 1.65％；Ni0.80％；Mo 0.30％；Fe余量；密度6.7g/cm3,汽车H02进气链轮热处理要求(1)锁销孔表面淬火硬度35～45HRC，(2)，硬化层深度≥0.65mm。
汽车H02进气链轮锁销孔采用本发明激光淬火方法，刚性气体输送管与链轮平面夹角为51°，出气端最低点与光斑中心点距离为29mm。淬火工艺参数是：离焦量+10mm，功率1650w，光斑大小2×10mm，气体流量18L/Min，第一次扫描速度8.5mm/s，第二次扫描速度11.0mm/s，两次扫描之间停顿3.0秒。待第二次扫描结束后淬火完成，取下工件，进行硬度、硬化层深度和金相组织检测。用HR-150A洛氏硬度计测得锁销孔及其过度面硬度为40～44HRC，硬化层深度为0.75～0.85mm，用XJP-6A金相显微镜观察其马氏体为晶粒极细的针状马氏体。硬度、硬化层深度和金相组织均达到产品要求。
激光淬火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温度以上、熔点以下，无需外界冷却介质，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。由于激光淬火过程中很大的过热度和过冷度使得淬硬层的晶粒极细、位错密度极高且在表层形成压应力。

Claims (3)

1.一种粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)淬火前准备；
在待淬火零件上确定淬火区域，确定淬火的起始位置A1和终止位置A2；
2)一次激光淬火；
调整激光淬火装置的淬火工艺参数：
刚性气体输送管与待淬火零件之间的角度为40～55°，刚性气体输送管出气端最低点与光斑中心点距离为28～32mm；开启激光器，调整激光器的离焦量为-15～+15mm,功率为1500～1700W；激光器的吹气装置的气体流量大小为10～20L/min；运行激光器出光，激光器以6.0～9.0mm/s的扫描速度从待淬火区域的起始位置A1移动至终止位置A2，对待淬火零件进行一次淬火；
3)自然冷却；
在完成步骤1)后，暂停激光器出光，待淬火零件自然冷却2～4秒；
4)二次激光淬火；
再次运行激光器出光，保证激光淬火装置的淬火工艺参数和一次激光淬火时一致；激光器以8.0～12.0mm/s的扫描速度从待淬火区域的终止位置A2移动至起始位置A1，对待淬火零件进行二次淬火；
5)对淬火零件检测，若待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织符合要求，则淬火完成；若待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织不符合要求，则调整激光器的功率、激光器的吹气装置的气体流量大小以及激光器的扫描速度，再次重复步骤2)至4)，直至待淬火零件的硬度、硬化层深度和金相组织符合要求。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法，其特征在于：激光器的吹气装置吹出的气体为氮气或惰性气体。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金汽车发动机链轮锁销孔激光淬火方法，其特征在于：所述待淬火零件为含防锈油粉末冶金材料制成；待淬火零件的淬火区域为平面或曲面或槽面。
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