CN108950144A - 激光表面改性奥氏体不锈钢的方法 - Google Patents

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蒋璐瑶
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Abstract

本发明公开了一种激光表面改性奥氏体不锈钢的方法，包括如下步骤：1)对奥氏体不锈钢进行退火处理，退火温度范围为950～1050℃，时间30～60min，退火完成后淬火冷却；2)对退火态奥氏体不锈钢进行冷拔处理，变形量为10％～15％；3)对冷拔后的样品表面进行打磨获得光洁表面；4)在惰性气体气氛中进行脉冲激光表面改性处理，激光功率50～400W，脉冲宽度2～6ms，离焦量2～4mm，扫描速度5～25mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。本发明通过前处理及脉冲激光表面改性处理，可获得组织平稳过渡的改性层和基体，优化样品组织特征，提高改性层与基体的结合力及综合力学性能。

Description

激光表面改性奥氏体不锈钢的方法
技术领域
本发明涉及金属加工的激光表面处理领域，具体涉及一种激光表面改性奥氏体不锈钢的方法。
背景技术
奥氏体不锈钢因其添加了2％-3％的Mo，而具有良好的韧性、焊接性能和抗腐蚀性,被认为是核电工业中理想的结构材料。奥氏体不锈钢虽然塑、韧性好，可强度和硬度低，尤其在恶劣环境下服役时易发生晶间腐蚀破坏，对材料内部造成的巨大损失。随着核电工业的不断发展，对奥氏体不锈钢材料的性能提出了更高的要求，包括耐腐蚀性能、力学性能和辐照尺寸稳定性等。而不锈钢的这些性能与其微观组织(如晶粒的尺寸、织构及第二相粒子的尺寸、分布、结构等)密切相关。大量的研究表明，获得均匀细小、取向随机的晶粒对提高核电用奥氏体不锈钢加工性能、减弱辐照生长等具有十分关键的作用。并且，核电用奥氏体不锈钢材料在核工业使用过程中，其失效往往由于表面率先失效而引起整体失效，因此需要对核电用奥氏体不锈钢材料进行表面强化处理。
激光技术在表面改性中的应用即利用高能激光束和材料表面之间的交互作用，使基体材料表面的显微组织与性能发生改变，从而改善材料表面的性能。这些性能包括材料的硬度、耐磨抗腐蚀、抗氧化疲劳等。具体技术有：激光表面相变硬化、激光表面冲击硬化、激光表面熔覆、激光表面合金化和激光表面非晶化等。目前，激光表面处理技术在铝镁合金及模具钢中得到很好的应用。如中国科学院金属研究所的王茂才等，发明了一种镁合金激光表面强化的修复方法(CN 1629352A)对镁合金的疏松、气孔、裂纹、缩孔等缺陷以及缺肉、尺寸超差等进行强化修复。因为激光处理能量集中特点，处理时表面会形成熔融区，经过快速凝固形成具有一定深度的改性层。改性层主要由柱状晶和等轴晶组成，其显微组织内部结构是由平行生长方向的亚晶粒群落组成。这些亚晶界上广泛分布着位错网络和Cr、Mo等元素，使表面组织更容易发生强烈的钝化，进而改善表面综合机械性能及耐腐蚀性能。然而，经过传统的激光表面处理后，改性层和基体之间界限非常明显，存在组织突变，受力时不利于改性层和基体协调变形，增加处理后材料失效风险。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种优化激光处理后样品组织特征，提高其综合力学性能的激光表面改性奥氏体不锈钢的方法。
实现该目的的技术方案是：
一种激光表面改性奥氏体不锈钢的方法，包括如下步骤：
1)对奥氏体不锈钢进行退火处理，退火温度范围为950～1050℃，时间30～60min，退火完成后淬火冷却，获得无畸变均匀组织；
2)对退火态奥氏体不锈钢进行冷拔处理，变形量为10％～15％；通过该处理步骤提高材料内部储存能，获得具有高密度变形孪晶和位错的变形态组织；
3)对冷拔后的样品表面进行打磨获得光洁表面；
4)在惰性气体气氛中进行脉冲激光表面改性处理，激光功率25～400W，脉冲宽度2～6ms，离焦量2～4mm，扫描速度5～25mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。
所述奥氏体不锈钢为316L奥氏体不锈钢。
步骤4)中所述惰性气体为氩气。
本发明的有益效果是：通过前处理及特定工艺的脉冲激光表面改性处理，可获得组织平稳过渡的改性层和基体，消除激光表面处理后改性层与基体存在组织突变问题的方法，优化激光处理后样品组织特征，提高改性层与基体的结合力及材料综合力学性能。本发明对加工设备要求低，操作简便，可控性高，易于普及使用。
附图说明
图1是预变形后316L不锈钢的SEM照片。
图2是实施例1参数下预变形后脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片，其中a为熔融区全貌图；b为界面处放大图。
图3是实施例1激光处理参数下未预变形处理进行脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片，其中a为熔融区全貌图；b为界面处放大图。
图4是实施例2参数下预变形后脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片，其中a为熔融区全貌图；b为界面处放大图。
图5是实施例2激光处理参数下未预变形处理进行脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片，其中a为熔融区全貌图；b为界面处放大图。
图6是常规激光处理和预变形+激光处理后熔融区中心位置硬度值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。
下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1
将316L不锈钢进行退火，温度950℃，时间60min，退火完成后进行水淬冷却。对退火态316L不锈钢进行冷拔预变形处理，变形量为10％。对变形态样品表面进行打磨，使用800-5000#水磨砂纸依次打磨样品表面，获得光洁表面。将预变形样品放入脉冲激光设备工作室，通入氩气进行保护。进行脉冲激光表面改性处理，激光功率200W，脉冲宽度4ms，离焦量3mm，扫描速度8mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。处理后获得的改性层与基体界面过渡良好，无突变。在处理过程中，对处理前后的样品进行检测，图1是预变形后316L不锈钢的SEM照片；图2是预变形后脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片；图3是未预变形处理进行脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片；由图可见，本发明方法处理后的316L不锈钢性能显著优于对照，对激光重熔区组织分析表明，该工艺下获得的激光改性区组织与基体组织无明显界限、过渡良好，不存在材料组织突变问题，增强表面改性层与基体的结合力，改善材料的综合力学性能。
实施例2
将316L不锈钢进行退火，温度1050℃，时间30min，退火完成后进行水淬冷却。对退火态316L不锈钢进行冷拔预变形处理，变形量为12％。对变形态样品表面进行打磨，使用800-5000#水磨砂纸依次打磨样品表面，获得光洁表面。将预变形样品放入脉冲激光设备工作室，通入氩气进行保护。进行脉冲激光表面改性处理，激光功率300W，脉冲宽度4ms，离焦量3mm，扫描速度8mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。在处理过程中，对处理前后的样品进行检测；图4是预变形后脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片；图5是未预变形处理进行脉冲激光表面改性处理后316L不锈钢SEM照片；图6是常规激光处理(即不预变形即进行激光处理)和预变形+激光处理后熔融区中心位置硬度值。由图可见，本发明方法处理后的316L不锈钢性能显著优于对照，对激光重熔区组织分析表明，该工艺下获得的激光改性区组织与基体组织无明显界限、过渡良好，不存在材料组织突变问题，增强表面改性层与基体的结合力，改善材料的综合力学性能。
实施例3
将316L不锈钢进行退火，温度1000℃，时间40min，退火完成后进行水淬冷却。对退火态316L不锈钢进行冷拔预变形处理，变形量为15％。对变形态样品表面进行打磨，使用800-5000#水磨砂纸依次打磨样品表面，获得光洁表面。将预变形样品放入脉冲激光设备工作室，通入氩气进行保护。进行脉冲激光表面改性处理，激光功率50W，脉冲宽度2ms，离焦量2mm，扫描速度5mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。处理后获得的改性层与基体界面过渡良好，无突变。
实施例4
将316L不锈钢进行退火，温度1000℃，时间50min，退火完成后进行水淬冷却。对退火态316L不锈钢进行冷拔预变形处理，变形量为12％。对变形态样品表面进行打磨，使用800-5000#水磨砂纸依次打磨样品表面，获得光洁表面。将预变形样品放入脉冲激光设备工作室，通入氩气进行保护。进行脉冲激光表面改性处理，激光功率400W，脉冲宽度3ms，离焦量3mm，扫描速度10mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。处理后获得的改性层与基体界面过渡良好，无突变。
实施例5
将316L不锈钢进行退火，温度1000℃，时间30min，退火完成后进行水淬冷却。对退火态316L不锈钢进行冷拔预变形处理，变形量为12％。对变形态样品表面进行打磨，使用800-5000#水磨砂纸依次打磨样品表面，获得光洁表面。将预变形样品放入脉冲激光设备工作室，通入氩气进行保护。进行脉冲激光表面改性处理，激光功率100W，脉冲宽度3ms，离焦量3mm，扫描速度15mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。处理后获得的改性层与基体界面过渡良好，无突变。

Claims (3)

1.一种激光表面改性奥氏体不锈钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对奥氏体不锈钢进行退火处理，退火温度范围为950～1050℃，时间30～60min，退火完成后淬火冷却；
2)对退火态奥氏体不锈钢进行冷拔处理，变形量为10％～15％；
3)对冷拔后的样品表面进行打磨获得光洁表面；
4)在惰性气体气氛中进行脉冲激光表面改性处理，激光功率50～400W，脉冲宽度2～6ms，离焦量2～4mm，扫描速度5～25mm/s；脉冲激光输出波形为抛物线形。
2.如权利要求1所述的激光表面改性奥氏体不锈钢的方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢为316L奥氏体不锈钢。
3.如权利要求1所述的激光表面改性奥氏体不锈钢的方法，其特征在于，步骤4)中所述惰性气体为氩气。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113430516A (zh) * 2021-07-01 2021-09-24 重庆理工大学 具有涂层的铁素体马氏体钢及该涂层的制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4909859A (en) * 1985-03-15 1990-03-20 Bbc Brown, Boveri & Company, Limited Process for increasing the oxidation resistance and corrosion resistance of a component made of a dispersion strengthened superalloy by a surface treatment
JPH0452041A (ja) * 1990-06-20 1992-02-20 Nissan Motor Co Ltd 耐摩耗部品の冷間成形法
CN1504584A (zh) * 2002-11-28 2004-06-16 中国科学院力学研究所 金属基体与涂镀层之间的界面激光强韧化方法
JP2005213618A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Toshiba Corp 構造物の表面改質方法及び表面改質装置
WO2013072055A1 (de) * 2011-11-18 2013-05-23 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Coburg Strukturbauteile für fahrzeugsitze sowie verfahren zu deren herstellung
CN103215415A (zh) * 2013-05-03 2013-07-24 南京理工大学 一种快速原位改善材料表层耐腐蚀性能的方法
CN106702096A (zh) * 2017-01-20 2017-05-24 杜俊峰 一种aisi440c不锈钢手术刀的复合处理工艺
CN107309612A (zh) * 2017-06-30 2017-11-03 成都市翻鑫家科技有限公司 一种高耐锈蚀的气瓶热拉深制造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4909859A (en) * 1985-03-15 1990-03-20 Bbc Brown, Boveri & Company, Limited Process for increasing the oxidation resistance and corrosion resistance of a component made of a dispersion strengthened superalloy by a surface treatment
JPH0452041A (ja) * 1990-06-20 1992-02-20 Nissan Motor Co Ltd 耐摩耗部品の冷間成形法
CN1504584A (zh) * 2002-11-28 2004-06-16 中国科学院力学研究所 金属基体与涂镀层之间的界面激光强韧化方法
JP2005213618A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Toshiba Corp 構造物の表面改質方法及び表面改質装置
WO2013072055A1 (de) * 2011-11-18 2013-05-23 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Coburg Strukturbauteile für fahrzeugsitze sowie verfahren zu deren herstellung
CN103215415A (zh) * 2013-05-03 2013-07-24 南京理工大学 一种快速原位改善材料表层耐腐蚀性能的方法
CN106702096A (zh) * 2017-01-20 2017-05-24 杜俊峰 一种aisi440c不锈钢手术刀的复合处理工艺
CN107309612A (zh) * 2017-06-30 2017-11-03 成都市翻鑫家科技有限公司 一种高耐锈蚀的气瓶热拉深制造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113430516A (zh) * 2021-07-01 2021-09-24 重庆理工大学 具有涂层的铁素体马氏体钢及该涂层的制备方法

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