CN114959244A - 一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法 - Google Patents
一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114959244A CN114959244A CN202210708712.3A CN202210708712A CN114959244A CN 114959244 A CN114959244 A CN 114959244A CN 202210708712 A CN202210708712 A CN 202210708712A CN 114959244 A CN114959244 A CN 114959244A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- 8cr4mo4v
- bearing steel
- layer
- strengthening
- impact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
- C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
-
- 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
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Abstract
本发明涉及激光加工领域,尤其涉及一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。先对经过真空淬火及回火后的材料进行冲击强化,后采用磨光的方法至少去除20μm的表面损伤层,从而使冲击强化区域形成较好的激光冲击强化层。本方法可以在材料表面冲击强化区域形成较均匀的应力分布,使得冲击强化表面得到更好的强化效果,表面压应力层深度最大可达1mm,且它可以应用于轴承内、外圈滚道面等关键部位,能够显著提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳强度,最终达到延长其疲劳寿命的效果。
Description
技术领域
本发明属于激光加工技术领域,尤其涉及一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。
背景技术
激光冲击强化(LSP)是一种先进的表面处理技术,用于改变表面层微观结构,提高表面压应力层深度和疲劳性能,增强金属材料的其他机械性能。在LSP工艺中,高功率密度(GW/cm−2)、短脉冲持续时间(ns)的激光束照射到金属部件的表面,通过吸收保护层的快速气化产生等离子体形成冲击波,对材料表面产生力的作用,并传递到材料内部,同时与周围材料发生强烈的相互作用。在这种相互作用下,材料表层产生了塑性变形,形成了局部区域的残余应力层,可以显著提高材料表面压应力层深度和抗疲劳性能。
经研究表明,以往的大部分研究聚焦在激光能量、搭接率等参数对残余应力和组织形貌的影响。如果针对由激光烧蚀对材料表面产生的损伤程度,在冲击强化表面去除损伤层,能够更有效的提高材料的疲劳性能,延长构件的使用寿命。
发明内容
针对以上所述,本发明的目的在于提供一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。
为解决上述技术问题,本发明具体提供下述技术方案。
一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,具体包括如下步骤:
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,进行磨光以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴适当厚度的吸收保护层;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整位置至激光束入射试样所需强化的区域;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,出水口倾斜适当角度,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数并进行激光冲击强化,激光参数包括激光能量、脉宽、光斑尺寸及光斑搭接率;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
进一步地,所述步骤1中,热处理条件为1070-1100℃、保温15-35min,三次回火540-550℃、保温2.5h。
进一步地,所述步骤四中,吸收保护层的厚度为70-100μm,吸收保护层的材料为黑胶带、铝箔或黑漆。
进一步地,所述步骤五中,调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈70-90°入射状态。
进一步地,所述步骤六中,水路机械臂出水口倾斜角度30-60°,水膜厚度为1-2mm。
进一步地,所述步骤七中,激光参数设置,脉冲能量设为6-8J,脉宽设为15-19ns,方形光斑设置边长范围为3-4mm,搭接率30%-50%。
进一步地,所述步骤九中,激光冲击强化后强化区域表面用磨光的方法至少去除20μm的强化层深度。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果。
1、本发明根据吸收保护层厚度相关计算理论,推算出本发明所用8Cr4Mo4V轴承钢的吸收保护层厚度为70-100μm,可以有效的保证冲击波的有效利用,降低损伤率。
2、本发明使激光束与待强化表面呈70-90°入射状态,可以保障达到最优的强化效果。
3、本发明提出得设置参数:脉冲能量、脉宽、方形光斑、搭接率能够有效地提高8Cr4Mo4V轴承钢的表面压应力层深度,材料的表面显微硬度提高约4%。
4、本发明针对8Cr4Mo4V轴承钢激光冲击强化后表面损伤,提出采用精磨或研磨抛光的方法加工掉适当的强化层深度,去除了材料表面损伤层,疲劳极限强度可提高30%-50%,能够有效的提高材料的疲劳性能和其他力学性能。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明具体实施试样尺寸示意图。
图3为试样表面需粘贴吸收保护层示意图。
图4为实施例1激光冲击强化后试样表面微观组织。
图5为实施例1去掉损伤层后试样表面微观组织。
图6为实施例1强化后材料表面硬度提高情况。
图7为实施例1、实施例2进行疲劳试验后的疲劳极限强度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,具体包括如下步骤:
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1070-1100℃、保温15-35min,三次回火540-550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,进行磨光至光滑以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层厚度为70-100μm,吸收保护层的材料为黑胶带、铝箔或黑漆中的一种;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈70-90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度30-60°,水膜厚度为1-2mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为6-8J,脉宽设为15-19ns,方形光斑设置边长范围为3-4mm,搭接率30%-50%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用磨光的方法去除至少20μm厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
经检测材料的表面显微硬度提高约4%,疲劳极限强度提高了30%-50%。
下面结合图1对本发明采用的技术路线进行更详细的描述。
本实施例所采用的试样材料为8Cr4Mo4V轴承钢,具体尺寸如图2所示。
实施例1。
一种采用上述方法进行处理的试样实例,其步骤为:
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为100μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化,强化后表面组织形貌如图4所示;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除20μm的激光冲击强化后表面损伤层。(如图5所示)。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到776.40HV(如图6所示)。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样黑胶带为吸收层时相比未强化的疲劳极限强度提高44.59%(如图7所示),验证了本发明方法的有效性。
实施例2。
一种采用上述方法进行处理的试样实例,其步骤为:
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为100μm,吸收保护层的材料为铝箔;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除20μm的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到782.04HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样铝箔为吸收层时相比未强化的疲劳极限强度提高45.95%(如图7所示)。
实施例3。
一种采用上述方法进行处理的试样实例,其步骤为:
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为100μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除25μm的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到779.06HV,利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样加工掉25μm的强化层深度其疲劳极限强度大于1080MPa,由于旋转弯曲疲劳测试规定试样的疲劳寿命若能达到107循环周次而不断裂,则认为在该应力下疲劳寿命为无限长,即可认为其旋转弯曲疲劳极限大于1080MPa。
实施例4。
一种采用上述方法进行处理的试样实例,其步骤为:
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为100μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除50μm的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到774.50HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样加工掉50μm的强化层深度其疲劳极限强度为大于1080MPa。
对比例1。
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1070-1100℃、保温15-35min,三次回火540-550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的表面。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到774.50HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样的疲劳极限强度为740MPa。
表1 去掉不同强化层深度的疲劳试样结果。
由表1可知,采用本发明的激光冲击强化方法,8Cr4Mo4V轴承钢试样加工掉25μm、50μm的强化层深度其疲劳极限强度均大于1080MPa,说明加工掉25μm时已全部去除表面损伤层,而在强化层范围内去掉更深的强化层其疲劳极限强度不变。可知,本发明方法显著提高了8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能。
对比例2。
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为60μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到755.30HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样黑胶带为吸收层时相比未强化的疲劳极限强度提高20.27%。由此可知,吸收层厚度较小时,强化效果比实施例1较差。
对比例3。
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为110μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到757.80HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样黑胶带为吸收层时相比未强化的疲劳极限强度提高21.62%。由此可知,吸收层厚度较大时,强化效果比实施例1较差。
对比例4。
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为100μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈60°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到760.50HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样黑胶带为吸收层时相比未强化的疲劳极限强度提高24.32%。由此可知,冲击角度较小时,强化效果比实施例1相对较差。
对比例5。
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为100μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈120°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为8J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到759.80HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样黑胶带为吸收层时相比未强化的疲劳极限强度提高22.97%。由此可知,冲击角度较大时,强化效果比实施例1较差些。
对比例6。
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理,热处理条件为1090℃、保温32min,三次回火550℃、保温2.5h;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,采用金相砂纸240#、600#、1000#、2000#逐级打磨并利用金刚石研磨膏抛光,以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层(如图3所示)厚度为100μm,吸收保护层的材料为黑胶带;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈90°入射状态;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,水路机械臂出水口倾斜角度45°,水膜厚度为1mm,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数,脉冲能量设为4J,脉宽设为15ns,方形光斑设置为4mm×4mm,搭接率30%,并进行激光冲击强化;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
采用维氏硬度仪测得激光冲击强化后表面硬度有明显提高,最大可由强化前746.78HV提高到750.20HV。利用旋转弯曲疲劳试验机,检测得8Cr4Mo4V轴承钢试样黑胶带为吸收层时相比未强化的疲劳极限强度提高18.92%。由此可知,激光能量较小时,强化效果比实施例1较差。
最后应强调的是:以上实施案例是对本发明的技术方案进行示范,并非限制其使用范围,对其材料参数以及尺寸参数的修改本发明仍然适用。
Claims (7)
1.一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
步骤一:对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理;
步骤二:经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢,进行磨光以获得光滑的冲击强化表面;
步骤三:将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干;
步骤四:清洗干净的冲击强化表面粘贴适当厚度的吸收保护层;
步骤五:将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘,并调整位置至激光束入射试样所需强化的区域;
步骤六:调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置,出水口倾斜适当角度,使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面;
步骤七:设置激光参数并进行激光冲击强化,激光参数包括激光能量、脉宽、光斑尺寸及光斑搭接率;
步骤八:冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净;
步骤九:采用磨光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
2.根据权利要求1所述一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,其特征在于,所述步骤一中,热处理条件为1070-1100℃、保温15-35min,三次回火540-550℃、保温2.5h。
3.根据权利要求1所述一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,其特征在于,所述步骤四中,吸收保护层的厚度为70-100μm,吸收保护层的材料为黑胶带、铝箔或黑漆中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,其特征在于,所述步骤五中,调整所需冲击强化试样表面位置,使激光束与所需强化表面呈70-90°入射状态。
5.根据权利要求1所述的一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,其特征在于,所述步骤六中,水路机械臂出水口倾斜角度30-60°,水膜厚度范围为1-2mm。
6.根据权利要求1所述的一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,其特征在于,所述步骤七中,激光参数为:脉冲能量6-8J,脉宽15-19ns,方形光斑设置边长范围3-4mm,搭接率30%-50%。
7.根据权利要求1所述的一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法,其特征在于,所述步骤九中,激光冲击强化后强化区域表面用精磨或研磨抛光的方法至少去除20μm的强化层深度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210708712.3A CN114959244A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210708712.3A CN114959244A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114959244A true CN114959244A (zh) | 2022-08-30 |
Family
ID=82965784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210708712.3A Pending CN114959244A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114959244A (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160237521A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-18 | Ningbo Institute Of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy Of Sciences | Laser Shock Peening Apparatus for Surface of Workpiece, and Laser Shock Peening Method |
CN108660400A (zh) * | 2017-03-31 | 2018-10-16 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种镍基高温合金的激光冲击强化方法 |
CN110093494A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-06 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种轴承内圈的激光冲击强化方法及其装置 |
CN111041409A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-21 | 西安交通大学 | 一种利用综合手段提高渗碳齿轮抗磨损/疲劳的方法 |
CN113579969A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 北京航空航天大学 | 激光冲击强化与机械抛光相结合的表面强化装置及方法 |
CN113817914A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-12-21 | 西安天瑞达光电技术股份有限公司 | 一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺 |
-
2022
- 2022-06-22 CN CN202210708712.3A patent/CN114959244A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160237521A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-18 | Ningbo Institute Of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy Of Sciences | Laser Shock Peening Apparatus for Surface of Workpiece, and Laser Shock Peening Method |
CN108660400A (zh) * | 2017-03-31 | 2018-10-16 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种镍基高温合金的激光冲击强化方法 |
CN110093494A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-06 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种轴承内圈的激光冲击强化方法及其装置 |
CN111041409A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-21 | 西安交通大学 | 一种利用综合手段提高渗碳齿轮抗磨损/疲劳的方法 |
CN113579969A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 北京航空航天大学 | 激光冲击强化与机械抛光相结合的表面强化装置及方法 |
CN113817914A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-12-21 | 西安天瑞达光电技术股份有限公司 | 一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
周丽娜等: "8Cr4Mo4V高温轴承钢热处理及表面改性的技术研究进展", 《轴承》, no. 8, pages 1 - 7 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yeom et al. | Cold spray deposition of 304L stainless steel to mitigate chloride-induced stress corrosion cracking in canisters for used nuclear fuel storage | |
US20130052479A1 (en) | Laser shock peening of airfoils | |
CN107858501A (zh) | 一种去除残余应力洞的工件表面激光冲击工艺 | |
CN104878190B (zh) | 一种基于激光冲击强化的抑制零件裂纹萌生与扩展的方法 | |
CN105349736A (zh) | 基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法 | |
Wang et al. | Experimental investigation into the effect of process parameters on the Inconel 718 surface integrity for abrasive waterjet peening | |
CN113008997A (zh) | 金属激光强化表面无损检测方法 | |
US8332998B2 (en) | Shot-peening process | |
CN114959244A (zh) | 一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法 | |
CN114959246A (zh) | 一种提高航空用轴承钢材料关键构件力学性能的激光冲击强化方法 | |
CN109500543A (zh) | 一种金属表面处理方法 | |
CN113817914A (zh) | 一种压气机薄叶片激光冲击强化工艺 | |
CN109576484B (zh) | 一种复合尺度织构的加工方法 | |
EP1188842B1 (en) | Laser shock peening tape, and method | |
Dai et al. | Analysis of surface roughness at overlapping laser shock peening | |
CN111926287A (zh) | 一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法 | |
Samih et al. | Plastic deformation to enhance plasma-assisted nitriding: On surface contamination induced by Surface Mechanical Attrition Treatment | |
CN111002229A (zh) | 一种液体喷丸表面强化的加工方法 | |
Lei et al. | Fatigue properties of Ti17 alloy strengthened by combination of electric spark treatment with ultrasonic surface treatment | |
Dai et al. | Surface roughness control of LY2 aluminum alloy milled surface subjected to laser shock wave planishing processing | |
CN115341212A (zh) | 双光束超高速激光熔覆与激光冲击锻打的复合加工方法 | |
CN112647083A (zh) | 一种合金钢表面复合强化工艺 | |
Liu et al. | On the laser quenching of the groove of the piston head in large diesel engines | |
Mann | Laser treatment of textured X20Cr13 stainless steel to improve water droplet erosion resistance of LPST blades and LP bypass valves | |
CN116622944A (zh) | 一种激光冲击强化改善8Cr4Mo4V轴承钢渗氮层质量与性能的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |