[發明專利]用于形狀復雜的部件的表層硬化的方法和裝置

有效

• 申請號: 200780048814.0
• 申請日: 2007-10-10
• 公開（公告）號: CN101605914A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: B·布倫納;S·邦斯;F·蒂茨;M·塞弗特;J·漢韋伯;S·庫恩;U·卡森克
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍弗實用研究促進協會
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D10/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 肖日松;梁 冰

本發明涉及機器零件，設備零件和裝置零件以及工具(Werkzeugen) 的表層硬化(Randschichthaertung)。對于這樣的對象而言，其應用是可 能的且是適宜的，即，該對象為由可硬化的鋼制成的、強烈地受到疲 勞應力或磨損應力的部件，該部件具有復雜的形狀且其表面必須有選 擇地在功能面(Funktionsflaechen)處被加以硬化，或者，在該部件中， 功能面具有多維的形狀。尤其有利的是，本發明針對這種部件被加以 利用，在這種部件上，功能面的幾何形狀沿著部件以三維的方式變化。 這種部件例如為大型工具，切割工具和修邊工具以及用于汽車車身加 工的壓模，用于蒸汽透平的低壓部分的透平葉片，凸輪盤，工具的機 架等等。其它的利用情況為諸如幾何形狀復雜的部件的表層擴散退 火，表層回火或表層調制等的局部的熱處理。

現有技術

表層硬化是一種用以提高由可硬化的鋼制成的部件的耐磨性和 疲勞極限的、在技術上廣泛傳播的方法，作為能量源(Energiequellen) 可采用——按照功率密度和3D能力升序排序——火焰，感應能，電子 射束和激光光束(Laserstrahl)。

很多時候，待硬化的功能面包括在一定角度下彼此對接的兩個 面，就如在切割工具或在成形工具中那樣。在這種情況下，兩個面必 須以優化的方式同時被硬化，以防止所謂的回火區(Anlasszonen)。所 述回火區通過在前產生的硬化軌跡的、達奧氏體轉變的開始的高度的 再次的溫度加載(由于在后的軌跡的溫度場所致)而形成。這造成的后 果是之前所產生的軌跡的區域的一定程度的短時間回火，其使得在多 種載荷情況下的耐磨性和疲勞強度急劇惡化。

為避免這種回火區，在感應淬火(induktionshaertung)情況下，采用 相應地成形的感應器，即所謂的二面-感應器，該感應器在其輪廓中大 致相應于該彼此對接的面的幾何形狀的陰模(Negativ)。針對平面的2D 部件，也已知了多件式分段式的感應器(參看M?Bott所著的、發表于 Informationsdienst?Wissenschaft，2006，09，28中的文章“Leichtere Automobile?durch?Laserstrahlschweissen”)，所述感應器允許在兩維的部 件上產生彎曲的回火區的軌跡。原則上，由此，在平面的部件上，彎 曲的硬化軌跡也是可能的。此處，該感應器以機械的方式借助于型模 (Matrize)而在部件上被引導。

在激光光束硬化情況下，已知了射束分裂單元，所述射束分裂單 元在其設計形式中，以最高的靈活性而被裝備以兩個激光射束掃描器 系統(見“International?Congress?on?Applications?of?Laser?and Electro-Optics”會議論文集，圣地亞哥，加利福尼亞，美國，15-18?1 1?1999，第87f卷，第1-10頁中的、由D?M?Seifert，B?Brenner，F?Tietz，E Beyer所著的“Pioneering?laser?sanning?system?for?hardening?of?turbine blades”)。具體地，該系統包括用于CO₂激光的激光光束的光束分裂光 學系統，兩個拋物線狀彎曲的聚焦鏡和兩個在光路中布置在其后的激 光掃描系統。通過光束分裂鏡的位置的移動，光束分裂鏡，聚焦鏡， 掃描鏡之間的間距，以及掃描角度的變化，可事先調節射束沖擊角以 及射束尺寸(寬度，長度)。由此，帶有以角度α(該角度在約為10°.α.80° 的角度范圍中)而彼此對接的兩個功能面的部件可同時地且以不產生 回火區的方式進行硬化。

借助于二面-形狀感應器(Forminduktor)或借助于多件式分段式感 應器而用于感應淬火的組件的缺點和利用射束分配器及可調節的射 束成形系統來進行激光光束硬化的組件的缺點在于，無法用于這樣的 部件的硬化，即，在該部件上，角度α或待硬化的面的形狀沿著兩個 功能面的對接緣(Stosskante)而變化。典型地，作為這種部件的具體化 形式，需提及透平葉片(該透平葉片應在其進氣邊緣的區域中被硬化) 或切割工具，(該切割工具的切割邊緣具有3D彎曲的形狀)。其理由在 于，在這兩種情況下，能量成形單元(Energieformungseinheit)的幾何形 狀無法在加工期間與該兩個功能面相匹配(anpassen)且由此功率密度 分布無法在加工期間與該兩個功能面相匹配。