[发明专利]钢领表层非晶态处理工艺和装置

说明书

本发明涉及纺织生产中的细纱机的主要部件—钢领的表层处理工艺和装置。

钢领是细纱机的易损件之一。我国国内的钢领材料一般采用普通低碳钢，经常规碳、氮(C、N)共渗处理后的表面硬度只能达到850Hv左右，且硬度不均匀，使用寿命仅一年左右。国际上钢领材料采用低碳合金钢，表面处理后的硬度大于1000Hv，使用寿命可达3年左右。但低碳合金钢成本高，制造涉及面广，推广实施困难。

本发明的目的是提供一种钢领表层处理的工艺及其装置，这种工艺及装置可以使普通低碳钢材质的钢领表层工作面(即与钢丝圈接触的跑通表面)实现非晶状态，从而提高钢领表面的硬度，延长使用寿命。

本发明是这样实现的：对低碳钢钢领工作面表层进行渗入C、N、B、Si或P等非晶态形成元素的处理，处理过程中必须注意控制ε相的生成和黑相的产生；将渗入非晶态形成元素后的钢领置于专门设计的装置上，作激光速熔急冷处理，使钢领表面形成非晶状态。

专门设计的钢领表层非晶态处理装置主要由激光源、底座、电动机、传动转向机构、钢领夹具等部分组成。底座包括底板和底板立块，起支承整个装置的作用；电动机采用永磁直流式力矩电动机；传动转向机构主要包括转轴、传动转轴的蜗杆蜗轮、由转轴带动的面板和带动夹具的齿轮。钢领夹具采用磁性夹具，主要包括吸住钢领的磁钢、磁路板、磁铁尼龙圈，以及为消除钢领直径及圆度误差造成的影响而使钢领实现无心旋转的定位止位杆。

本发明的优点是可采用普通低碳钢材料制作钢领，制造成本低，激光处理后提高了钢领工作面表层的硬度和韧性，使用寿命接近于低碳合金钢材质的钢领。

附图1为本发明金属钢领表层非晶态处理装置结构图，附图2为钕玻璃激光对C、N共渗层作非晶态处理时能量密度与处理后表面硬度的关系，图3为钕玻璃激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密度与处理后表面硬度的关系，附图4为YAG激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密度与处理后表面硬度的关系，图5为CO₂激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密度与处理后表面硬度的关系，图6为钕玻璃激光处理时作用时间与表面硬度的关系，图7为CO₂激光处理时扫描速度与硬度的关系。

以下对本发明作进一步详细说明。

钢领表层非晶态处理的工艺包括前处理和激光处理两部分。前处理的工艺流程为：20号普通低碳钢钢领制造→C、N共渗处理→淬火→擦光→去油，这一流程中采用已知热处理工艺在普通低碳钢钢领中渗入C、N，处理时必须注意ε相的生成和黑相的产生。

激光处理的工艺过程顺序为：钢领上料→装置转动→激光闸开启(自动控制)→时间控制→激光闸关闭→钢领落取→钢领取样分析。

附图1中激光处理装置各部件的对应标号如下：

1、转轴               2、底板立块

3、底板立块           4、面板

5、电动齿轮           6、夹具传动齿轮

7、磁路板             8、夹具固定轴承

9、磁铁尼龙圈         10、磁钢

11、钢领定位止位杆    12、底板

13、电动机            14、蜗轮

15、钢领              16、蜗杆

17、轴承芯座

激光处理装置的结构如图1所示。激光处理时，将钢领15置于磁钢10上，启动电动机13后，电动机齿轮5传动变速齿轮6，使由轴承芯座17、磁路板7和磁钢10组成的结合体旋转，带动了钢领15旋转。钢领15旋转速度的改变可通过调换齿轮或改变电动机13的电流得以实现。蜗杆16转动后，使转轴1转动，并带动整个面板4转动，这时可以改变钢领15与激光束之间的相对角度，以满足处理要求。由于钢领15的孔径存在尺寸及圆度偏差，要求钢领15自动旋转时在紧靠定位止位杆11的条件下作无心旋转，以消除直径及圆度误差造成的影响。这种特制的磁性夹具与钢领15之间无转差打滑，但可径向滑动。磁性夹具的旋转中心与钢领15的旋转中心不重合，向外偏斜1.5-2.5毫米，钢领15则可紧贴定位止位杆11随自身的圆度变化而游动。

非晶态处理过程中采用了高能量脉冲钕玻璃激光、高重复频率YAG激光和大功率CO₂激光对钢领工作面(即跑道)表层作处理，研究了形成非晶态层的可能性，及激光处理工艺条件与处理后钢领工作面表层的硬度和耐磨性之间的关系。非晶态处理后钢领的使用寿命可达≥2年。