一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，包括以下步骤：将渗碳钢加工切割成试样；将试样进行调质处理；将试样放入激光冲击强化试验平台进行激光冲击；将试样放入气体渗碳多用炉中，先后进行渗碳、淬火、回火处理。本发明专利技术的有益效果是：在气体渗碳前进行激光冲击预处理，试样表面由于激光冲击作用发生形变强化，使表面粗糙度增加，微观组织中位错密度增加，晶粒细化，形成较高的残余应力，在渗碳过程中，高密度位错等缺陷为碳原子提供了更多的吸附中心和扩散通道，从而显著提高气体渗碳效率，提高渗碳层厚度，在获得相同渗碳层深的情况下可大大缩短渗碳时间，从而节约能源，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺
本专利技术涉及一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺。
技术介绍
在国内外齿轮的表面硬化技术中，渗碳处理因其技术的成熟性及随着温度控制、碳势控制等配套技术的发展，一直是风电齿轮强化的首选工艺。渗碳工艺能够使得服役零件获得高硬度表面和强韧性心部的传统制造工艺，一般情况下，正确的完成渗碳、淬火和低温回火一组热处理工艺的零件能够提高零件承载能力和使用寿命，保证渗碳后的零件：(1)承载能力高、耐冲击性能好。(2)抗接触弯曲疲劳能力强。(3)表面硬度高、耐磨性好等特点。遗憾的是，常规渗碳处理存在一些不足：(1)渗速太慢，渗碳工艺过程长。(2)生产效率低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：基于上述问题，本专利技术提供一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺本专利技术解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，包括以下步骤：(1)将渗碳钢加工切割成试样。渗碳钢优选20CrMnMo钢，将试样加工成M8齿型试样。(2)将试样进行调质处理，调质处理为先升温至860℃保温15min，然后将样品立即放入油中冷却，再升温至670℃保温30min，取出空冷至室温。(3)将试样置于激光冲击强化实验平台，进行激光冲击，设置激光波长为1064nm，光斑直径φ3mm，约束层为2mm的均匀流水层，能量吸收层为100μm黑胶带，光斑搭接率为50％，脉冲宽度10ns～30ns,激光能量3J～10J；(4)将激光冲击后的试样放入气体渗碳多用炉中，升温到800℃，保温2h，保持0.4％碳势进行渗碳，然后升温至910℃，保持碳势1.15％进行5h强渗碳，再降低碳势到0.68％进行4h扩散，随后炉冷至825℃，保温2h后再随炉降温；然后取出试样放入油中冷却，油温50℃；最后170℃保温5h，出炉空冷。(5)取出试样，待冷却后采用HXD-1000TMC型显微硬度计测量其截面显微硬度，并测量其渗碳层深。本专利技术的有益效果是：(1)克服了常规气体渗碳效率低，生产周期长的不足；(2)通过激光冲击的方法，首先试样表层粗糙度增加，有利于活性碳原子的吸附，另外微观组织中位错密度增加，晶粒细化，在渗碳工程中，高密度位错等缺陷为碳原子提供了更多的吸附中心和扩散通道，显著提高气体渗碳的效率，提高渗碳层厚度；(3)经激光冲击预处理+气体渗碳工艺处理后的试样截面硬度梯度较为平缓，渗层致密，相比于常规气体渗碳，本方法获得要求厚度的渗碳层深需要的渗碳时间可大大缩短，从而减少工件变形，节约能源，降低生产成本。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是实施例1得到的截面显微硬度与常规工艺气体渗碳的截面显微硬度对比图；图2是实施例2得到的截面显微硬度与常规工艺气体渗碳的截面显微硬度对比图；图3是实施例3得到的截面显微硬度与常规工艺气体渗碳的截面显微硬度对比图；图4是不同工艺条件下渗碳层深厚度对比图，其中，GC代表常规气体渗碳，LSP1+GC代表实施例1，LSP2+GC代表实施例2，LSP3+GC代表实施例3。具体实施方式现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例1(1)将20CrMnMo钢加工成M8齿型试样；(2)将试样进行调质处理，先升温至860℃保温15min，然后将样品立即放入油中冷却，再升温至670℃保温30min。取出后空冷至室温；(3)将试样置于设备为YS05-C20A的激光冲击强化试验平台，设置激光波长为1064nm，光斑直径φ3mm，试样表面以黑胶带作为能量吸收层，光斑搭接率为50％，脉冲宽度10ns,激光能量3J对试样进行激光冲击；(6)将激光冲击后的试样放入气体渗碳多用炉中，升温到800℃，保温2h，保持0.4％碳势进行渗碳，然后升温至910℃，保持碳势1.15％进行5h强渗碳，再降低碳势到0.68％进行4h扩散，随后炉冷至825℃，保温2h后再随炉降温；然后取出试样放入油中冷却，油温50℃；最后170℃保温5h，出炉空冷。(7)取出空冷后的试样，采用HXD-1000TMC型显微硬度计测量其截面显微硬度，并测量其渗碳层深。截面显微硬度见图1。实施例1试验结果：激光冲击预处理+气体渗碳获得的渗碳层深约为1.47mm，见图1，由图4可知该工艺相比于常规气体渗碳所获得的1.23mm的渗碳层深增加了0.24mm，相当于渗碳效率提高了19.5％，并且硬度梯度较好。实施例2(1)将20CrMnMo钢加工成M8齿型试样；(2)将试样进行调质处理，先升温至860℃保温15min，然后将样品立即放入油中冷却，再升温至670℃保温30min。取出后空冷至室温；(3)将试样置于设备为YS05-C20A的激光冲击强化试验平台，设置激光波长为1064nm，光斑直径φ3mm，试样表面以黑胶带作为能量吸收层，光斑搭接率为50％，脉冲宽度10ns,激光能量10J对试样进行激光冲击；(4)将试样放入气体渗碳多用炉中，升温到800℃，保温2h，保持0.4％碳势进行渗碳，然后升温至910℃，保持碳势1.15％进行5h强渗碳，再降低碳势到0.68％进行4h扩散，随后炉冷至825℃，保温2h后再随炉降温；然后取出试样放入油中冷却，油温50℃；最后170℃保温5h，出炉空冷。(5)取出空冷后的试样，采用HXD-1000TMC型显微硬度计测量其截面显微硬度，并测量其渗碳层深。截面显微硬度见图2。实施例2试验结果：激光冲击处理+气体渗碳获得的渗碳层深约为1.49mm，见图2，由图4可知该工艺相比于常规气体渗碳工艺获得的1.23mm的渗碳层深增加了0.26mm，相当于渗碳效率提高了21.1％，并且硬度梯度较好。实施例3(1)将20CrMnMo钢加工成M8齿型试样；(2)将试样进行调质处理，先升温至860℃保温15min，然后将样品立即放入油中冷却，再升温至670℃保温30min。取出后空冷至室温；(3)将试样置于设备为YS05-C20A的激光冲击强化试验平台，设置激光波长为1064nm，光斑直径φ3mm，试样表面以黑胶带作为能量吸收层，光斑搭接率为50％，脉冲宽度30ns,激光能量10J对试样进行激光冲击；(4)将试样放入气体渗碳多用炉中，升温到800℃，保温2h，保持0.4％碳势进行渗碳，然后升温至910℃，保持碳势1.15％进行5h强渗碳，再降低碳势到0.68％进行4h扩散，随后炉冷至825℃，保温2h后再随炉降温；然后取出试样放入油中冷却，油温50℃；最后170℃保温5h，出炉空冷。(5)取出空冷后的试样，采用HXD-1000TMC型显微硬度计测量其截面显微硬度，并测量其渗碳层深。截面显微硬度见图3。实施例3试验结果：激光冲击预处理+气体渗碳获得的渗碳层深约为1.58mm，见图3，由图4可知该工艺相比于常规气体渗碳工艺所获得的1.23mm的渗碳层深增加了0.35mm，相当于渗碳效率提高了28.5％，并且硬度梯度较好。以上述依据本专利技术的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项专利技术技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项专利技术的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，其特征是：包括以下步骤：(1)将渗碳钢加工切割成齿型试样；(2)将试样进行调质处理；(3)将试样置于设备为YS05‑C20A的激光冲击强化试验平台，进行激光冲击预处理；(4)将试样放入气体渗碳多用炉中，进行渗碳、淬火、回火处理；(5)取出试样，冷却后采用HXD‑1000TMC型显微硬度计测量截面显微硬度，并测量其渗碳层深，层深以硬度为550HV0.05为准。

【技术特征摘要】
1.一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，其特征是：包括以下步骤：(1)将渗碳钢加工切割成齿型试样；(2)将试样进行调质处理；(3)将试样置于设备为YS05-C20A的激光冲击强化试验平台，进行激光冲击预处理；(4)将试样放入气体渗碳多用炉中，进行渗碳、淬火、回火处理；(5)取出试样，冷却后采用HXD-1000TMC型显微硬度计测量截面显微硬度，并测量其渗碳层深，层深以硬度为550HV0.05为准。2.根据权利要求1所述的一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(1)中渗碳钢优选20CrMnMo钢，试样加工成M8齿型试样。3.根据权利要求1所述的一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，其特征是：所述的步骤(2)中调质处理为：先升温至860℃保温15min，然后将样品立即放入油中冷却，再升温至670℃保温30min，取出后空冷至室温。4.根据权利要求1所述的一种提高风电齿轮气体渗碳效率的激光冲击工艺，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡静，宋璐，贾蔚菊，顾晓明，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32