[發(fā)明專(zhuān)利]一種激光微處理工件表面強(qiáng)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310536322.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103627855A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任旭東;劉帆帆;郭偉剛;杜正清;周水琴;李慧敏;隨賽;陳加明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C21D1/09
• 分類(lèi)號(hào): C21D1/09
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料處理加工以及激光加工應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特指一種應(yīng)用激光強(qiáng)化處理工件表面的方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)汽車(chē)、家電工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)工件工業(yè)提出了更高的要求，如何提高工件的加工質(zhì)量和使用壽命，一直是人們不斷探索的課題。而表面強(qiáng)化技術(shù)以其廣泛的功能性，良好的環(huán)保性以及巨大的增效性，正逐步成為提高工件質(zhì)量和使用壽命的重要途徑。工件的表面強(qiáng)化處理是指用機(jī)械、物理和化學(xué)的方法對(duì)工件工作表面進(jìn)行改性和覆蓋等處理，使工件在保證高的強(qiáng)韌性基礎(chǔ)上，不僅具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，同時(shí)具有優(yōu)異的抗疲勞、抗咬合、抗粘著、抗擦傷、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能的處理方法。

專(zhuān)利號(hào)為CN?103194750的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種工件表面激光熔注局部仿生強(qiáng)化方法。該方法將激光熔注技術(shù)與仿生技術(shù)相結(jié)合，在工件表面進(jìn)行激光熔注陶瓷顆粒而成仿生紋理，對(duì)工件表面進(jìn)行局部填加陶瓷顆粒和仿生強(qiáng)化，由陶瓷顆粒阻斷裂紋的發(fā)展，在工件表面局部制備生物結(jié)構(gòu)金屬基復(fù)合材料層，提高工件的耐磨性能，抗裂性能。激光熔注將增強(qiáng)顆粒注入基體的熔池中，有利于解決激光熔覆由于熔覆層與基體之間化學(xué)成分存在較大梯度而導(dǎo)致的熔覆層易開(kāi)裂的問(wèn)題。但是這種方法僅適用于非光滑工件表面，并且非處理區(qū)表面材料硬度及耐磨性不高，也不能有效的在非處理區(qū)阻礙裂紋的萌生。本發(fā)明將激光處理作為目的，優(yōu)化沖擊路線，單次沖擊淬火提高工件硬度及耐磨性，二次沖擊局部網(wǎng)格強(qiáng)化，在強(qiáng)化區(qū)及非強(qiáng)化區(qū)共同阻礙裂紋的萌生及發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種表面材料硬度及耐磨性更高的激光微處理工件表面強(qiáng)化方法，利用本方法能夠有效阻礙局部裂紋的萌生和發(fā)展。

本發(fā)明的過(guò)程為：對(duì)工件表面進(jìn)行整體激光淬火，提高工件硬度以及硬化層深度，晶粒一定程度上得到細(xì)化；對(duì)工件表面進(jìn)行局部激光網(wǎng)格強(qiáng)化，強(qiáng)化區(qū)硬度進(jìn)一步提高，晶粒進(jìn)一步得到細(xì)化，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生位錯(cuò)墻，位錯(cuò)纏結(jié)等晶格缺陷；在強(qiáng)化區(qū)與非強(qiáng)化區(qū)之間形成裂紋干涉帶，在提高工件表面硬度，耐磨性的同時(shí)可以有效的預(yù)防裂紋的萌生及發(fā)展。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種激光微處理工件表面強(qiáng)化方法，包含如下步驟：

?A、將工件放在五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)上，將其定位好后用夾具裝置夾緊；

B、用酒精去油去污溶劑去除工件表面油污和銹，以便于均勻噴涂吸光材料；

C、用噴槍或刷子將SiO2吸光涂料均勻的涂在工件表面上，提高金屬表面對(duì)激光的吸收率；

D、調(diào)整激光器參數(shù)（激光功率、掃描速度）和光斑直徑，對(duì)工件表面進(jìn)行整體淬火；

?E、清洗工件表面，干燥后涂黑漆；

F、調(diào)整激光器參數(shù)（激光功率、掃描速度）和光斑直徑，由CAD應(yīng)用程序控制激光束對(duì)工件進(jìn)行網(wǎng)格掃描，其中掃描區(qū)為強(qiáng)化區(qū)，未掃描區(qū)為非強(qiáng)化區(qū)；所述非強(qiáng)化區(qū)為封閉形區(qū)域，所述非強(qiáng)化區(qū)分散在所述強(qiáng)化區(qū)外；?

G、清洗工件表面的黑漆。

上述方法中，對(duì)工件表面進(jìn)行整體淬火時(shí)，激光器的能量范圍為600~1200w，掃描速度范圍為5mm/s~30mm/s，光斑直徑為4~10mm，搭接率為50%~70%，淬火后的工件硬度、抗塑性變形和抗粘磨損能力會(huì)有很大提高。

上述方法中，對(duì)工件進(jìn)行網(wǎng)格掃描時(shí)，激光器的能量范圍為0~50J，脈沖寬度為5~50ns，光斑直徑為3~6mm，搭接率為30~50%。

上述方法中，所述非強(qiáng)化區(qū)呈陣列分布，所述非強(qiáng)化區(qū)的形狀為正多邊形，優(yōu)選為正方形，其中每一個(gè)正多邊形單元的邊長(zhǎng)L為2~5mm，所述非強(qiáng)化區(qū)的陣列間距S為4~5mm。這樣，工件表面晶粒得到細(xì)化，導(dǎo)致工件材料呈現(xiàn)各向同性，龐大的界面導(dǎo)致位錯(cuò)無(wú)法塞積，工件服役時(shí)，不僅應(yīng)力集中大大減小，疲勞裂紋擴(kuò)展也受到阻礙，塑性增強(qiáng)。此外，非強(qiáng)化區(qū)即僅進(jìn)行淬火處理的工件表面晶粒尺寸相對(duì)強(qiáng)化區(qū)平均晶粒尺寸要大，位錯(cuò)分布隨機(jī)，這與致密的強(qiáng)化區(qū)晶粒排列迥異，非強(qiáng)化區(qū)與強(qiáng)化區(qū)之間會(huì)形成一條裂紋干涉帶，可以有效的預(yù)防疲勞裂紋的擴(kuò)展。