CN116162765A - 一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，包括：将待处理的金属工件的外表面进行酒精清洗、干燥预处理；在待处理的金属工件表面进行黑化处理，然后在金属表面喷涂黑色吸光涂料，再对金属表面进行干燥处理；对激光器、电磁感应设备进行设定；通过激光器对金属工件进行加热；通过电磁感应设备对金属工件进行一级电磁加热；通过电磁感应设备对金属工件进行二级电磁加热；对金属工件进行冷却，完成贝氏体制备。本发明利用激光的快速奥氏体化可以加快贝氏体转变，缩短贝氏体孕育时间，随后利用电磁感应的热源对其进行动态保温，多级的电磁感应则是延长保温时间，增加组织均匀性，达到传统热处理的等温淬火的效果，生成贝氏体组织。

Description

一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法
技术领域
本发明属于金属加工领域，具体公开了一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法。
背景技术
低合金中碳高强度钢多用于处在恶劣环境的工程结构中。在这些钢中，如AISI4130、AISI 4140、AISI 4340等，主要用于航空航天、汽车、石油和天然气等各个行业。然而由于此类钢的低延展性、较差的塑性，在许多工业应用中受到限制。虽然上述问题可以通过传统的等温热处理得到优化，但存在时间成本高以及对环境污染等问题，传统的热处理手段仍然存在较大的局限性。
国内外的研究学者和生产企业目前一般采用炉内等温淬火，或者炉内回火的方式调控贝氏体。而采用这种方式，需要将工件放入真空或充满保护气体的热处理炉中进行完全奥氏体化后，再放入盐浴炉内等温处理，能耗高，变形大。最直接的时间成本相当大，根据碳含量与影响碳扩散系数的元素组成，需要2小时至数天的时间。而采用直接的激光加热与感应回火的复合方式，其后续的回火时间短，温差变化大，难以调控出均匀、细化的贝氏体组织。
发明内容
为优化现有的低合金高强度钢的贝氏体调控方法存在的能耗高、工件易变形、时间成本高、环境不友好性，本发明提供了一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法。
为了达到上述的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将待处理的金属工件的外表面进行酒精清洗、干燥预处理；
步骤2，在待处理的金属工件表面进行黑化处理，然后在金属表面喷涂黑色吸光涂料，再对金属表面进行干燥处理；
步骤3，对激光器、电磁感应设备进行设定；
步骤4，通过激光器对金属工件进行加热；
步骤5，通过电磁感应设备对金属工件进行一级电磁加热；
步骤6，通过电磁感应设备对金属工件进行二级电磁加热；
步骤7，对金属工件进行冷却，完成贝氏体制备。
所述步骤3中，对激光器的设定包括：控制激光作用的温度在奥氏体开始相变点以上、金属工件熔点以下，激光器所用光斑为圆形光斑或矩形光斑。
进一步地，所述步骤3中，对电磁感应设备的设定包括：控制电磁感应设备的导磁体平行于金属工件表面，即导磁体距离金属工件高度为h，根据保温时间选择感应头总宽度W与感应的次数c，根据工件宽度选择感应线圈的长度L，导磁体间距为d，利用导磁体间距控制温度浮动。激光器所辐照于工件表面的光斑与电磁感应设备的感应线圈边缘的水平距离为热源间距DL，所述热源间距为5～60mm。
进一步地，所述激光器激光功率为0～20kW，激光器的光斑大小可调范围为2～60mm，所述电磁感应设备的电磁感应频率为10～40kHz，电磁感应功率根据贝氏体转变温度，可调范围为1～20kW。
进一步地，在进行加热时，激光器和电磁感应设备固定不动，工件通过三轴移动机床带动移动，其移动速度为1～6mm/s。
进一步地，所述步骤4包括：利用激光器将金属工件距表面2.5 mm深度以内的区域快速升温至奥氏体化温度以上。
进一步地，所述步骤5包括：在经过激光加热结束后，等金属工件降温至贝氏体转变温度再进行一级电磁加热，电磁感应热源是在激光热源作用之后施加的，此热源需要在贝氏体转变温度区间或者马氏体相变开始温度附近施加，为生成较完全的贝氏体组织，施加感应热源时的温度越低，其热源施加时间也必须相对延长。
进一步地，所述步骤5中，贝氏体转变温度为所处理金属的贝氏体等温转变曲线的鼻尖位置温度以下，马氏体开始相变温度Ms±30℃以上，即329℃～400℃。
进一步地，所述步骤6包括：在一级电磁加热结束后等待t1时间，并降低电磁感应功率，再进行二级磁加热。
进一步地，所述步骤6后，若要进行三级电磁加热，则在二级电磁加热结束后等待t2时间，再次降低电磁感应功率，进行三级电磁加热。电磁感应的施加次数并无限制，但是需要后一次的感应功率低于前一次的感应功率，并保持温度在下贝氏体相变区浮动。不同级的电磁感应加热之间均需要等待10～30s。
进一步地，步骤7中对金属工件进行冷却包括：根据具体的金属材料特性选择冷却方式，可选择随动水冷、加热结束后油冷、空冷其中任意一种。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
1）本方法工艺简单，时间成本低，能量损耗小，可以实现短时间的贝氏体制备；
2）本方法可实现选区的贝氏体调控，一方面可以避免工件发生变形，一方面可以选择对局部的区域进行相变，相对于现有的将整个工件置于炉内的热处理方式，本方法对大型薄壁工件有相当大的优势；
3）本方法具有环境友好性，现有的盐浴炉等温淬火方法，因其炉内需要有氯化钠、氯化钾、氯化钡、氰化钠、氰化钾、硝酸钠、硝酸钾等盐类作为加热介质，工作环境恶劣，对工件有一定腐蚀，使用寿命相对较短。而本工艺方法不涉及热处理炉与危险化学品，安全环保。
附图说明
图1是实施例流程图；
图2是实施例中激光器与电磁感应设备的感应线圈的空间位置分布示意图；
图3是实施例热处理过程的温度示意图；
图4是实施例的SEM微观组织图；
图5是实施例贝氏体组织硬度与回火索氏体硬度对比图，图中左边为贝氏体区硬度压痕，右边为基体硬度压痕。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
实施例
如图1和图2所示的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，包括如下步骤：
步骤1，将调质态42CrMo工件的外表面进行打磨除锈、酒精清洗、干燥预处理，工件尺寸为100×50×50mm。
步骤2，在待处理的工件表面进行黑化处理，喷涂黑色吸光涂料，干燥，固定于导轨机构上，其中导轨机构能够带动工件做直线运动，导轨机构为机加工领域的公知技术，不做赘述。
步骤3，对激光器、电磁感应设备以及金属工件的移动速度进行设定，包括：
激光器的激光温度控制在1200℃，光斑大小为64mm×15mm。电磁感应设备的电磁感应频率设定为15kHz，电磁感应功率为12kW，选择感应线圈总宽度为80mm，导磁体间距为10mm，光斑与感应热源间距为30mm，电磁感应加热温度定在320℃～370℃浮动。金属工件移动速度为2mm/s。保温时间为40s。
步骤4，通过激光器对金属工件进行加热。
步骤5，通过电磁感应设备对金属工件进行一级电磁加热，第一次热处理结束后，等待10s，将电磁感应功率设置为8kW。
步骤6，通过电磁感应设备对金属工件进行二级电磁加热直至金属工件离开感应区域。
步骤7，热处理结束后，金属工件表面无熔化现象，形貌良好，将其空冷至室温。
进一步地，如图3所示，电磁感应热源是在激光热源作用之后施加的，箭头所指向的点即为感应热源施加位置，此热源需要在贝氏体转变温度区间或者马氏体相变开始温度附近施加，为生成较完全的贝氏体组织，施加感应热源时的温度越低，其热源施加时间也必须相对延长。
对经过本实施例热处理的金属工件进行取样分析，发现贝氏体区域硬度高于基体。其贝氏体组织如图4所示，从图4可知微观组织以大量板条状贝氏体束与少量残余奥氏体组成，从图5的显微硬度压痕可以清晰看出贝氏体组织相较基体的回火索氏体组织压痕尺寸小，硬度高
经上述步骤，在脱离热处理炉的条件下短时间内获得较为均匀与细化的贝氏体组织。
需要说明的是，本实施例采用的是二级感应加热。本实施例准备了两台电磁感应设备对金属工件进行加热，第一电磁感应设备进行一级电磁加热，第二电磁感应设备进行二级电磁加热，金属工件由三轴移动机床驱使移动，依次经过激光器、第一电磁感应设备和第二电磁感应设备的下方。
此外，也可以仅采用一台电磁感应设备，通过三轴移动机床的回程使金属工件再次进行电磁感应加热即可。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将待处理的金属工件的外表面进行清洗、干燥预处理；
步骤2，在待处理的金属工件表面进行黑化处理，然后在金属表面喷涂黑色吸光涂料，再对金属表面进行干燥处理；
步骤3，对激光器、电磁感应设备进行设定；
步骤4，通过激光器对金属工件进行加热；
步骤5，通过电磁感应设备对金属工件进行一级电磁加热；
步骤6，通过电磁感应设备对金属工件进行二级电磁加热；
步骤7，对金属工件进行冷却，完成贝氏体制备。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述步骤3中，对激光器的设定包括：控制激光作用的温度在奥氏体开始相变点以上、金属工件熔点以下，激光器所用光斑为圆形光斑或矩形光斑。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述步骤3中，对电磁感应设备的设定包括：控制电磁感应设备的导磁体平行于金属工件表面，即导磁体距离金属工件高度为h，根据保温时间选择感应头总宽度W与感应的次数c，根据工件宽度选择感应线圈的长度L，导磁体间距为d，利用导磁体间距控制温度浮动。
4.如权利要求1所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述电磁感应设备的电磁感应频率为10～40kHz，电磁感应功率根据贝氏体转变温度，可调范围为1～20kW。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述步骤4包括：利用激光器将金属工件距表面2.5 mm深度以内的区域快速升温至奥氏体化温度以上。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述步骤5包括：在经过激光加热结束后，等金属工件降温至贝氏体转变温度再进行一级电磁加热。
7.如权利要求6所述一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述步骤5中，贝氏体转变温度为所处理金属的贝氏体等温转变曲线的鼻尖位置温度以下，马氏体开始相变温度Ms±30℃以上。
8.根据权利要求1所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述步骤6包括：在一级电磁加热结束后等待t1时间，并降低电磁感应功率，再进行二级磁加热。
9.根据权利要求8所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，所述步骤6后，若要进行三级电磁加热，则在二级电磁加热结束后等待t2时间，再次降低电磁感应功率，进行三级电磁加热。
10.如权利要求1所述的一种基于激光复合多级电磁感应的贝氏体调控方法，其特征在于，步骤7中对金属工件进行冷却包括：根据具体的金属材料特性选择冷却方式，可选择随动水冷、加热结束后油冷、空冷其中任意一种。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59229419A (ja) * 1983-06-11 1984-12-22 Nippon Steel Corp 方向性電磁鋼板の鉄損特性改善方法
JP2006083417A (ja) * 2004-09-15 2006-03-30 Kyushu Institute Of Technology 鉄合金製機構部品の表面改質法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59229419A (ja) * 1983-06-11 1984-12-22 Nippon Steel Corp 方向性電磁鋼板の鉄損特性改善方法
JP2006083417A (ja) * 2004-09-15 2006-03-30 Kyushu Institute Of Technology 鉄合金製機構部品の表面改質法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
咸琛: "U71Mn钢等温激光淬火的疲劳性能及质量检测技术研究", 中国优秀博硕士论文全文数据库（硕士）, pages 9 - 11 *
王明伟等: "模具材料及表面强化技术", 徐州：中国矿业大学出版社, pages: 132 - 134 *

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