CN114481005A - 一种合金表面复合强化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合金表面复合强化处理方法，涉及金属材料表面处理技术领域。包括以下步骤：将合金钢表面进行机械碾磨处理，再进行热氧化处理，形成热氧化层；随后对热氧化层表面进行抛光至表面粗糙度为0.10～0.15微米；再对经抛光处理的合金钢进行真空热处理；然后对经真空热处理后的合金钢表面进行激光辐照处理，即得表面复合强化的合金钢。本发明通过机械碾磨提高合金钢表面的晶粒细化，再通过热氧化处理形成热氧化层后，经抛光在不影响碾磨深度内的氧化层的同时，再经真空处理增强氧化层向合金钢内部扩散，随后通过激光冲击波作用使材料表层组织均匀细化，从而综合提升了合金钢表面的硬度和耐磨性。

Description

一种合金表面复合强化处理方法
技术领域
本发明涉及金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种合金钢表面复合强化处理方法。
背景技术
目前，为了对合金钢表面进行强化处理，通常采用表面改性技术、表面合金化技术和表面涂镀技术。然而单一表面技术都有其一定的局限性。近年来，采用复合处理技术对合金钢表面强化处理，使得其性能逐步提高。但将热氧化和激光辐照复合处理鲜有报道。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，提供了一种合金钢表面复合强化处理方法。该方法首先通过机械碾磨提高合金钢表面的晶粒细化，再通过热氧化处理形成热氧化层后，经抛光在不影响碾磨深度内的氧化层的同时，避免了材料表面有非金属夹杂物而导致热处理后表面应力集中等现象，再经真空处理增强氧化层向合金钢内部扩散，而在合金钢表面形成相互穿插的氧化扩散层，随后通过激光冲击波作用使材料表层组织均匀细化，增加了裂纹萌生难度，从而综合提升了合金钢表面的硬度和耐磨性。
本发明的目的是提供一种合金钢表面复合强化处理方法，包括以下步骤：
将合金钢表面进行机械碾磨处理，再进行热氧化处理，形成热氧化层；
随后对热氧化层表面进行抛光至表面粗糙度为0.10～0.15微米；
再对经抛光处理的合金钢进行真空热处理；
然后对经真空热处理后的合金钢表面进行激光辐照处理，即得表面复合强化的合金钢。
优选的，所述机械碾磨时的参数：碾磨速度为0.1～0.3m/s，单道次碾磨深度为10～30μm，总碾磨深度为200μm～300μm。
更优选的，所述机械碾磨时的参数：碾磨速度为0.2m/s，单道次碾磨深度为20μm，总碾磨深度为240μm。
优选的，热氧化处理的温度为750～850℃，氧化时间为0.5～1h。
优选的，所述真空热处理的温度为600～700℃，处理时间为24～36h。
优选的，所述激光辐照处理参数为：激光波长为1064nm，脉冲宽度为20ns，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，以4GW/cm2的功率密度的光束冲击试件1次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种合金钢表面复合强化处理方法。首先通过机械碾磨提高合金钢表面的晶粒细化，再通过热氧化处理形成热氧化层后，经抛光在不影响碾磨深度内的氧化层的同时，避免了材料表面有非金属夹杂物而导致热处理后表面应力集中等现象，再经真空处理增强氧化层向合金钢内部扩散，而在合金钢表面形成相互穿插的氧化扩散层，随后通过激光冲击波作用使材料表层组织均匀细化，增加了裂纹萌生难度，从而综合提升了合金钢表面的硬度和耐磨性。
本发明提供的处理工艺简单，易操作，可以调控材料性能。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述各实施例选用的合金钢为15MnTi合金钢。
实施例1
一种合金钢表面复合强化处理方法，包括以下步骤：
将合金钢表面进行机械碾磨处理，其中，机械碾磨时的参数：碾磨速度为0.2m/s，单道次碾磨深度为20μm，总碾磨深度为240μm；
再进行热氧化处理，其中，热氧化处理的温度为800℃，氧化时间为0.8h；形成热氧化层；
随后对热氧化层表面进行抛光至表面粗糙度为0.13微米；
再对经抛光处理的合金钢进行真空热处理；其中，真空热处理的温度为655℃，处理时间为24h。
然后对经真空热处理后的合金钢表面进行激光辐照处理，即得表面复合强化的合金钢。其中，激光辐照处理参数为：激光波长为1064nm，脉冲宽度为20ns，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，以4GW/cm2的功率密度的光束冲击试件1次。
本实施例获得的合金钢表面可以达到1100HV以上的硬度。
实施例2
一种合金钢表面复合强化处理方法，包括以下步骤：
将合金钢表面进行机械碾磨处理，其中，机械碾磨时的参数：碾磨速度为0.1m/s，单道次碾磨深度为10μm，总碾磨深度为200μm；
再进行热氧化处理，其中，热氧化处理的温度为750℃，氧化时间为1h；形成热氧化层；
随后对热氧化层表面进行抛光至表面粗糙度为0.10微米；
再对经抛光处理的合金钢进行真空热处理；其中，真空热处理的温度为600℃，处理时间为36h；
然后对经真空热处理后的合金钢表面进行激光辐照处理，即得表面复合强化的合金钢。其中，激光辐照处理参数为：激光波长为1064nm，脉冲宽度为20ns，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，以4GW/cm2的功率密度的光束冲击试件1次。
本实施例获得的合金钢表面可以达到1100HV以上的硬度。
实施例3
一种合金钢表面复合强化处理方法，包括以下步骤：
将合金钢表面进行机械碾磨处理，其中，机械碾磨时的参数：碾磨速度为0.3m/s，单道次碾磨深度为30μm，总碾磨深度为300μm；
再进行热氧化处理，其中，热氧化处理的温度为850℃，氧化时间为0.5h；形成热氧化层；
随后对热氧化层表面进行抛光至表面粗糙度为0.15微米；
再对经抛光处理的合金钢进行真空热处理；其中，真空热处理的温度为700℃，处理时间为24h；
然后对经真空热处理后的合金钢表面进行激光辐照处理，即得表面复合强化的合金钢。其中，激光辐照处理参数为：激光波长为1064nm，脉冲宽度为20ns，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，以4GW/cm2的功率密度的光束冲击试件1次。
本实施例获得的合金钢表面可以达到1100HV以上的硬度。
对比例1
与实施例1相同，不同之处在于，未进行机械碾磨处理。
本对比例获得的合金钢表面可以达到980HV的硬度。
对比例2
与实施例1相同，不同之处在于，未进行激光辐照处理。
本对比例获得的合金钢表面可以达到650HV的硬度。
为了说明本发明提供的合金钢表面复合强化处理方法获得的合金钢相关性能，对实施例及对比例中提供的复合强化处理后的合金钢进行摩擦磨损测试，见表1所示，
表1为实施例1～3及对比例1和对比例2提供的合金钢的磨损失重值
组别 磨损失重/mg
实施例1 1.05
实施例2 1.10
实施例3 0.99
对比例1 1.51
对比例2 2.03
从表1可知，本发明提供的合金钢表面复合强化处理方法获得的合金钢，其表面具有优良的耐磨性，说明本发明提供的复合强化处理方法，相对于单一的处理方法来说能够大大提升合金钢表面的性能，在通过复合的处理技术过程中，相互之间协同有效提高合金钢的摩擦磨损性能的同时，提升了表面硬度。
综上，本发明提供的一种合金钢表面复合强化处理方法。首先通过机械碾磨提高合金钢表面的晶粒细化，再通过热氧化处理形成热氧化层后，经抛光在不影响碾磨深度内的氧化层的同时，避免了材料表面有非金属夹杂物而导致热处理后表面应力集中等现象，再经真空处理增强氧化层向合金钢内部扩散，而在合金钢表面形成相互穿插的氧化扩散层，随后通过激光冲击波作用使材料表层组织均匀细化，增加了裂纹萌生难度，从而综合提升了合金钢表面的硬度和耐磨性。
本发明描述了优选实施例及其效果。但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种合金钢表面复合强化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将合金钢表面进行机械碾磨处理，再进行热氧化处理，形成热氧化层；
随后对热氧化层表面进行抛光至表面粗糙度为0.10～0.15微米；
再对经抛光处理的合金钢进行真空热处理；
然后对经真空热处理后的合金钢表面进行激光辐照处理，即得表面复合强化的合金钢。
2.根据权利要求1所述的合金钢表面复合强化处理方法，其特征在于，所述机械碾磨时的参数：碾磨速度为0.1～0.3m/s，单道次碾磨深度为10～30μm，总碾磨深度为200μm～300μm。
3.根据权利要求2所述的合金钢表面复合强化处理方法，其特征在于，所述机械碾磨时的参数：碾磨速度为0.2m/s，单道次碾磨深度为20μm，总碾磨深度为240μm。
4.根据权利要求1所述的合金钢表面复合强化处理方法，其特征在于，热氧化处理的温度为750～850℃，氧化时间为0.5～1h。
5.根据权利要求1所述的合金钢表面复合强化处理方法，其特征在于，所述真空热处理的温度为600～700℃，处理时间为24～36h。
6.根据权利要求1所述的合金钢表面复合强化处理方法，其特征在于，所述激光辐照处理参数为：激光波长为1064nm，脉冲宽度为20ns，光斑直径为3mm，光斑搭接率为50％，以4GW/cm2的功率密度的光束冲击试件1次。
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