[发明专利]一种中碳钢表面激光相变强化方法

说明书

本发明公开了一种中碳钢表面激光相变强化方法，其特征在于包括以下步骤：1）对中碳钢构件进行包括酸洗在内的前处理；2）将中碳钢构件置入流动的冷却液中；3）采用激光对中碳钢构件表面进行脉冲式扫描，以对中碳钢构件进行激光相变淬火；4）将中碳钢构件进行自然冷却。本发明利用激光相变淬火技术，通过进行工艺参数调控可以获得孪晶马氏体+板条马氏体+索氏体的显微组织，使中碳钢构件的硬度和抗疲劳性能大幅提升。因此，可为中碳钢构件提供一种切实可行的表面强化方法，提高构件的承载能力，延长构件使用寿命。

技术领域

本发明涉及中碳钢的热处理强化技术领域，尤其是涉及一种中碳钢表面激光相变强化方法。

背景技术

对于中碳钢，目前常用的表面强化技术主要有传统的表面渗碳、渗氮与碳氮共渗（氮碳共渗）技术、喷丸强化技术等。这些技术主要通过提高构件表面硬度的方式进行强化，但往往会一定程度上降低构件的抗疲劳性能，同时存在着变形大、工艺时间长、不易获得均匀分布的硬化层等诸多问题。

激光相变淬火是通过激光束照射金属工件表面，使工件表面的温度在极短时间内迅速升高到奥氏体转变温度以上、金属熔点以下，依靠金属工件自身的传热，表面温度快速下降实现自淬火，从而在工件表面制备具有细小马氏体组织的相变硬化层，以提高工件表面硬度，形成残余压应力，并提高工件耐磨性、疲劳强度等性能的表面强化技术。相比传统的渗碳、渗氮、火焰淬火等表面强化技术，激光相变淬火技术能够同时实现构件的高强度和高抗疲劳性能，同时变形小，表面质量好，对于高精度、大尺寸构件的表面强化具有极大优势。然而目前还鲜见将激光相变淬火工艺用于中碳钢表面强化处理的研究报道。

发明内容

本发明的目的即在于利用激光相变淬火技术，对中碳钢构件进行表面强化处理。

本发明的技术方案具体为，一种中碳钢表面激光相变强化方法，其特征在于包括以下步骤：

1）对中碳钢构件进行包括酸洗在内的前处理；

2）将中碳钢构件置入流动的冷却液中；

3）采用激光对中碳钢构件表面进行脉冲式扫描，以对中碳钢构件进行激光相变淬火；

4）将中碳钢构件由水中取出，进行室温自然空冷。

进一步优选的，所述脉冲式扫描，满足脉冲扫描相邻两点之间的距离l为激光的光斑直径d的1.15-1.25倍。

进一步优选的，激光的单位面积有效能量E为20~30 J·mm^-2。

进一步优选的，激光的单位面积有效能量E通过如下公式进行控制，

式中，P为激光功率，t为激光辐照时间，d为光斑直径，k为激光与冷却液作用的能量损失系数，取值为0.75~0.8。

进一步优选的，所述冷却液的表面与所述中碳钢构件的表面的距离为5mm左右。

进一步优选的，在激光扫描前先对所述中碳钢构件表面进行除水处理。

进一步优选的，采用吸气式吹水器进行所述除水处理，所述吸气式吹水器设置在激光前方沿着扫描路径与激光同步运动。

进一步优选的，所述脉冲式扫描相邻两行的扫描方向相反。

进一步优选的，所述酸洗为2-3分钟的快速酸洗，所述酸洗液的组成为，

氢氟酸 60ml/L

盐酸 120ml/L

双氧水 120ml/L

双氧水稳定剂 50ml/L

表面活性剂 3ml/L