[发明专利]一种合金钢表面复合强化工艺

说明书

本发明提供了一种合金钢表面复合强化工艺，包括如下步骤：将靶材表面预处理；将表面处理后的靶材敷设吸收层和约束层，通过激光对靶材表面进行高能量短脉冲的激光冲击；将激光冲击后的靶材进行除污处理，将处理后的靶材装入热处理炉内进行碳氮共渗和低温回火处理。本发明是激光冲击与碳氮共渗复合处理的工艺，其中激光冲击可以产生高密度位错、晶粒细化、晶界增多等缺陷，可以提高碳、氮原子的渗入浓度与深度，降低热处理工艺的保温温度，进而改善因温度过高而造成的变形和氧化现象。

技术领域

本发明涉及热处理领域或者激光冲击技术领域，特别涉及一种合金钢表面复合强化工艺。

背景技术

轴、轴承和齿轮在工作过程中承受着极高的摩擦力，容易产生疲劳点蚀、剥落等缺陷，需要通过一定工艺来提高材料的表面硬度、耐磨性和接触疲劳强度。

目前，国内主要通过渗碳、渗氮或碳氮共渗等热处理工艺来提升轴、齿轮、轴承等零件的强度与耐磨性。渗碳处理后由于渗碳层的结合性较差，受力时容易剥落。渗氮处理后硬化层很薄，不适合在高速冲击环境中使用。碳氮共渗以渗碳为主，同时渗氮。碳渗入后形成的碳化物可以促进氮化物的形成，氮化物形成后又可以有效的促进渗碳过程的完成。此外，氮化物中的碳元素还可以提高材料硬度，改善材料的耐磨性。因此碳氮共渗能一定程度上弥补单一渗碳或渗氮工艺的不足，对提高材料的综合表面性能尤为重要。但由于保温温度较高，零件表层组织晶粒粗大，易产生热变形和氧化现象，且碳氮化合物不均匀。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种合金钢表面复合强化工艺，通过激光冲击与碳氮共渗复合处理的工艺，激光冲击可以产生高密度位错、晶粒细化、晶界增多等缺陷，可以提高碳、氮原子的渗入浓度与深度，降低热处理工艺的保温温度，进而改善因温度过高而造成的变形和氧化现象。并使热处理后的晶粒细化且均匀分布，减小了局部应力集中，提高了材料的表面硬度和耐磨性等。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种合金钢表面复合强化工艺，包括如下步骤：

将靶材表面预处理；

将表面处理后的靶材敷设吸收层和约束层，通过激光对靶材表面进行高能量短脉冲的激光冲击；

将激光冲击后的靶材进行除污处理，将处理后的靶材装入热处理炉内进行碳氮共渗和低温回火处理。

进一步，所述表面预处理为通过砂纸和金相抛光剂进行逐级打磨抛光，使表面粗糙度低于Ra0.3，再将靶材放入丙酮或无水乙醇溶液中进行超声波清洗，然后吹干。

进一步，所述吸收层厚度为0.1～1mm，所述约束层厚度为0.1～2mm。

进一步，当所述靶材为低碳轴承钢时，所述高能量短脉冲的激光冲击过程中，激光的脉宽为1～100ns，激光的重复频率为1～20Hz，激光的功率密度为1～100GW/cm²。

进一步，所述激光的光斑直径为1～10mm，所述激光的搭接率为30％～70％。

进一步，所述除污处理为去除靶材表面杂质和遗留的吸收层和约束层。

本发明的有益效果在于：

本发明所述的合金钢表面复合强化工艺，激光冲击靶材表面，使表层组织晶粒细化、晶界增多，为碳、氮原子的扩散提供了通道，提升了碳氮化合物扩散的深度和浓度，并降低了碳氮共渗的保温温度，改善了因温度过高产生的材料变形和氧化现象。且经过激光冲击后的碳氮共渗零件表层组织晶粒细化且均匀分布，与过渡层未有明显分界，减小了局部应力集中，提高了材料的硬度，复合工艺处理后的样品最高可达422.99HV，而碳氮共渗工艺为408.84HV，相比提升了3.4％，且复合工艺影响层的厚度可达319.091μm，而碳氮共渗工艺为231.356μm，相比提升了37.92％，显著地提升了零件的使用性能。

附图说明