[发明专利]一种薄钢板的水下淬火方法

说明书

一种薄钢板的水下淬火方法，所述方法为：对基体表面进行抛光，清洗，去污；将预处理后的基体静置放置于水槽中，且基体上表面完全浸没在水中，用波长范围400～600nm的蓝/绿光激光对基体表面进行扫描，同时加以侧吹装置及时吹去激光淬火过程中产生的水蒸汽；本发明方法中激光透过水层照射在钢板上表面，薄钢板件温度快速升高使材料表面温度提高到奥氏体转变温度以上，薄钢板表面被加工处的热量被薄钢板上表面的水层吸收，冷却水吸收热量剧烈汽化，带走大量的热量，使薄钢板快速冷却，从而达到薄钢板外硬内韧的要求，同时降低对基体部分的热影响。

技术领域

本发明涉及一种薄钢板的水下淬火方法。

背景技术

激光相变硬化是激光热处理中应用最广的一门技术，其原理是利用激光束照射到材料表面，使材料表面温度提高到奥氏体转变温度以上，熔点以下的温度范围，激光束离开被照射部位时，由于热传导的作用，处于冷态的基体使被照射部位快速冷却而进行自冷淬火，得到较细小的硬化层组织，实现材料表层的相变硬化。工件零件的自冷依赖于基体部分的热传导作用，但对于薄壁零件来说，其基体部分较薄较少，在激光淬火的过程中往往淬透甚至熔穿钢板，并且对未加工区域产生很大的热影响区，影响基体其他部分的性能。因此单纯的依靠传统淬火或者激光淬火很难对薄钢板淬火后使其心部保持淬火前的强韧性状态。

薄钢板的水下激光淬火方法主要是通过将薄钢板置于水下与传统的激光工艺调控相结合得以实现。其中对薄钢板的淬火方法国内外学者对其也展开了一系列的研究，如公开的文件(CN103388057)提出了一种水传导激光淬火的工艺，该方法提出将薄钢板上表面以下的部分浸于水下，仅露出上表面，以水作为导热介质来冷却基体。公开的文件(CN106191385)提出一种对薄板件激光淬火的方法，该文件的特点也是将薄钢板上表面以下的部分置于水中，同时对淬火区域分段扫描。以上两种方法都借助于水对基体的导热作用，但实际上激光淬火加工区域的上表面未与冷却水直接接触，水对基体的传热作用非常有限。因此需要更有效的工艺手段。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种水下激光淬火薄钢板的方法。本发明涉及对淬火层表面形貌，淬火层宽度深度，淬火影响区大小的调控等。利用激光器产生激光的热作用加热薄钢板使其产生相变硬化，同时将薄钢板放置于水下，通过控制水层厚度，水流状况，水的种类，水的温度以及激光器参数对淬火区表面形貌，淬火区深度宽度，热影响区大小进行调控。

通过对上述参数的调整使淬火层的表面形貌连续平直，且达到一定的淬硬层深度。通过调整不同厚度的水层厚度或者基板上表面水流的流动情况，及时带走由于激光淬火时产生的热量，改变激光淬火后薄钢板的冷却能力，同时可以更好的降低激光淬火时对基体的影响，热影响区显著减小。

本发明的技术方案如下：

一种薄钢板的水下淬火方法，所述方法包括如下步骤：

(1)预处理：对基体表面进行抛光，清洗，去污；

所述基体为厚度在1～4mm的钢板；

具体的，所述预处理为：对基体表面进行打磨至粗糙度Ra 6.3，用棉花蘸取酒精擦拭基体表面，去除表面油污；

(2)激光淬火：将预处理后的基体静置放置于水槽中，且基体上表面完全浸没在水中，用波长范围400～600nm的蓝/绿光激光对基体表面进行扫描，同时加以侧吹装置及时吹去激光淬火过程中产生的水蒸汽；

所述激光淬火过程中，激光工艺参数为：激光功率500～800W，扫描速度2～5mm/s，所用激光器光斑为矩形光斑，光斑尺寸4mm×4mm；

水层厚度，水流状况，所用水种类，水温的设置条件为：基体上表面与水面间的距离为水层厚度，水层厚度为1～8mm；水层可以流动或静止，通过对水流状态的更改并结合激光工艺参数来控制薄钢板硬化层深度，水层流动时采用与激光器扫描方向正交的流水，流速范围为0.1～0.5m/s；所用水为去离子水；原始水温不大于20℃，优选在5～20℃；