[發明專利]一種激光沖擊強化改善碳氮共滲層性能的工藝

在審

• 申請號: 202011039941.8
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112144010A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 任云鵬;萬瀚宇;陸恒;辛志鐸;李致宇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C8/32
• 分類號: C23C8/32;C23C8/80;C21D10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種激光沖擊強化改善碳氮共滲層性能的工藝，包括如下步驟：將退火態的靶材表面預處理；將表面處理后的靶材放入真空爐內進行碳氮共滲，將碳氮共滲后的靶材進行低溫回火；在靶材表面上設置約束層，通過激光對靶材表面進行小能量高重頻的激光沖擊。本發明可以用于細化表層晶粒，再次提高靶材的表面硬度，并在較大的深度上產生較大的殘余壓應力，有利于抑制表面疲勞裂紋的產生。

技術領域

本發明涉及激光加工領域和熱處理領域，特別涉及一種激光沖擊強化改善碳氮共滲層性能的工藝。

背景技術

大型重載設備對其傳動齒輪的機械性能有很高的要求，常用20CrMnTi和20Cr2Mn2Mo等材料制造。為了保證齒輪表面的韌性和抗沖擊性能，一般通過表面熱處理工藝來提高齒輪的表面硬度和耐磨性。最常見的表面熱處理工藝為滲碳、滲氮、碳氮共滲等工藝。滲碳處理后由于滲碳層的結合性較差，受力時容易剝落；滲氮處理后硬化層很薄，不適合在高速沖擊環境中使用；碳氮共滲以滲碳為主，同時滲氮，碳滲入后形成的碳化物可以促進氮化物的形成，氮化物形成后又可以有效的促進滲碳過程的完成。氮化物可以明顯提高材料的硬度，改善材料的耐磨性，氮化物對提高材料的疲勞性能有明顯作用。因此碳氮共滲能一定程度上彌補單一滲碳或滲氮工藝的不足，對提高材料的綜合表面性能尤為重要。但是傳統的碳氮共滲層的表面晶粒粗大，力學性能較差，耐磨性、耐腐蝕性等性能不足。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種激光沖擊強化改善碳氮共滲層性能的工藝，利用激光沖擊碳氮共滲層，細化表面晶粒，產生高密度位錯和較大的殘余壓應力，顯著的提高了靶材的疲勞性能、耐磨性、耐腐蝕性等性能。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種激光沖擊強化改善碳氮共滲層性能的工藝，包括如下步驟：

將退火態的靶材表面預處理；

將表面處理后的靶材放入真空爐內進行碳氮共滲，將碳氮共滲后的靶材進行低溫回火；

在靶材表面上設置約束層，通過激光對靶材表面進行小能量高重頻的激光沖擊，用于細化表層晶粒，再次提高靶材的表面硬度，并在較大的深度上產生較大的殘余壓應力，有利于抑制表面疲勞裂紋的產生。

進一步，所述表面預處理為通過砂紙和金相拋光劑進行逐級打磨拋光，使表面粗糙度低于Ra0.3，再將靶材放入丙酮或無水乙醇溶液中進行超聲波清洗。

進一步，所述約束層為去離子水或K9玻璃，所述約束層厚度范圍為0.1～2mm。

進一步，當所述靶材為低碳合金鋼時，所述小能量高重頻的激光沖擊過程中，激光能量為20～50mJ，激光的脈寬為10～20ns，激光的重復頻率為50～100Hz。

進一步，所述激光波長為1064nm或532nm，所述激光的光斑直徑為0.2～0.5mm，所述激光的搭接率為30％～70％。

本發明的有益效果在于：

本發明所述的激光沖擊強化改善碳氮共滲層性能的工藝，首先通過碳氮共滲增加合金鋼靶材的硬度，然后通過小能量高重頻的激光沖擊碳氮共滲層，細化表層晶粒，再次提高靶材的表面硬度，并在較大的深度上產生較大的殘余壓應力，有利于抑制表面疲勞裂紋的產生，同時也提高了材料內部的位錯密度，顯著提升了合金鋼表層的疲勞性能、耐磨性、抗腐蝕性等性能，顯著地提升了合金鋼靶材的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明所述的激光沖擊強化改善碳氮共滲層性能的工藝圖。

圖2為本發明激光沖擊示意圖。

具體實施方式