一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法技术

本发明专利技术涉及激光加工领域，尤其涉及一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。先对经过真空淬火及回火后的材料进行冲击强化，后采用磨光的方法至少去除20μm的表面损伤层，从而使冲击强化区域形成较好的激光冲击强化层。本方法可以在材料表面冲击强化区域形成较均匀的应力分布，使得冲击强化表面得到更好的强化效果，表面压应力层深度最大可达1mm，且它可以应用于轴承内、外圈滚道面等关键部位，能够显著提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳强度，最终达到延长其疲劳寿命的效果。延长其疲劳寿命的效果。延长其疲劳寿命的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法


[0001]本专利技术属于激光加工
，尤其涉及一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。

技术介绍

[0002]激光冲击强化（LSP）是一种先进的表面处理技术，用于改变表面层微观结构，提高表面压应力层深度和疲劳性能，增强金属材料的其他机械性能。在LSP工艺中，高功率密度（GW/cm
−2）、短脉冲持续时间（ns）的激光束照射到金属部件的表面，通过吸收保护层的快速气化产生等离子体形成冲击波，对材料表面产生力的作用，并传递到材料内部，同时与周围材料发生强烈的相互作用。在这种相互作用下，材料表层产生了塑性变形，形成了局部区域的残余应力层，可以显著提高材料表面压应力层深度和抗疲劳性能。
[0003]经研究表明，以往的大部分研究聚焦在激光能量、搭接率等参数对残余应力和组织形貌的影响。如果针对由激光烧蚀对材料表面产生的损伤程度，在冲击强化表面去除损伤层，能够更有效的提高材料的疲劳性能，延长构件的使用寿命。

技术实现思路

[0004]针对以上所述，本专利技术的目的在于提供一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案。
[0006]一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，具体包括如下步骤：步骤一：对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理；步骤二：经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢，进行磨光以获得光滑的冲击强化表面；步骤三：将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干；步骤四：清洗干净的冲击强化表面粘贴适当厚度的吸收保护层；步骤五：将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘，并调整位置至激光束入射试样所需强化的区域；步骤六：调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置，出水口倾斜适当角度，使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面；步骤七：设置激光参数并进行激光冲击强化，激光参数包括激光能量、脉宽、光斑尺寸及光斑搭接率；步骤八：冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净；步骤九：采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
[0007]进一步地，所述步骤1中，热处理条件为1070
‑
1100℃、保温15
‑
35min，三次回火540
‑
550℃、保温2.5h。
[0008]进一步地，所述步骤四中，吸收保护层的厚度为70
‑
100μm，吸收保护层的材料为黑胶带、铝箔或黑漆。
[0009]进一步地，所述步骤五中，调整所需冲击强化试样表面位置，使激光束与所需强化表面呈70
‑
90
°
入射状态。
[0010]进一步地，所述步骤六中，水路机械臂出水口倾斜角度30
‑
60
°
，水膜厚度为1
‑
2mm。
[0011]进一步地，所述步骤七中，激光参数设置，脉冲能量设为6
‑
8J，脉宽设为15
‑
19ns，方形光斑设置边长范围为3
‑
4mm，搭接率30%
‑
50%。
[0012]进一步地，所述步骤九中，激光冲击强化后强化区域表面用磨光的方法至少去除20μm的强化层深度。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果。
[0014]1、本专利技术根据吸收保护层厚度相关计算理论，推算出本专利技术所用8Cr4Mo4V轴承钢的吸收保护层厚度为70
‑
100μm，可以有效的保证冲击波的有效利用，降低损伤率。
[0015]2、本专利技术使激光束与待强化表面呈70
‑
90
°
入射状态，可以保障达到最优的强化效果。
[0016]3、本专利技术提出得设置参数：脉冲能量、脉宽、方形光斑、搭接率能够有效地提高8Cr4Mo4V轴承钢的表面压应力层深度，材料的表面显微硬度提高约4%。
[0017]4、本专利技术针对8Cr4Mo4V轴承钢激光冲击强化后表面损伤，提出采用精磨或研磨抛光的方法加工掉适当的强化层深度，去除了材料表面损伤层，疲劳极限强度可提高30%
‑
50%，能够有效的提高材料的疲劳性能和其他力学性能。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的流程图。
[0019]图2为本专利技术具体实施试样尺寸示意图。
[0020]图3为试样表面需粘贴吸收保护层示意图。
[0021]图4为实施例1激光冲击强化后试样表面微观组织。
[0022]图5为实施例1去掉损伤层后试样表面微观组织。
[0023]图6为实施例1强化后材料表面硬度提高情况。
[0024]图7为实施例1、实施例2进行疲劳试验后的疲劳极限强度。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，具体包括如下步骤：步骤一：对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理，热处理条件为1070
‑
1100℃、保温15
‑
35min，三次回火540
‑
550℃、保温2.5h；步骤二：经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢，进行磨光至光滑以获得光滑的冲击强化表面；
步骤三：将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干；步骤四：清洗干净的冲击强化表面粘贴吸收保护层厚度为70
‑
100μm，吸收保护层的材料为黑胶带、铝箔或黑漆中的一种；步骤五：将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘，并调整所需冲击强化试样表面位置，使激光束与所需强化表面呈70
‑
90
°
入射状态；步骤六：调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置，水路机械臂出水口倾斜角度30
‑
60
°
，水膜厚度为1
‑
2mm，使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面；步骤七：设置激光参数，脉冲能量设为6
‑
8J，脉宽设为15
‑
19ns，方形光斑设置边长范围为3
‑
4mm，搭接率30%
‑
50%，并进行激光冲击强化；步骤八：冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净；步骤九：采用磨光的方法去除至少20μm厚度的激光冲击强化后表面损伤层。
[0027]经检测材料的表面显微硬度提高约4%，疲劳极限强度提高了30%
‑
50%。
[0028]下面结合图1对本专利技术采用的技术路线进行更详细的描述。
[0029]本实施例所采用的试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一：对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理；步骤二：经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢，进行磨光以获得光滑的冲击强化表面；步骤三：将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干；步骤四：清洗干净的冲击强化表面粘贴适当厚度的吸收保护层；步骤五：将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘，并调整位置至激光束入射试样所需强化的区域；步骤六：调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置，出水口倾斜适当角度，使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面；步骤七：设置激光参数并进行激光冲击强化，激光参数包括激光能量、脉宽、光斑尺寸及光斑搭接率；步骤八：冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净；步骤九：采用磨光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。2.根据权利要求1所述一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，其特征在于，所述步骤一中，热处理条件为1070
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1100℃、保温15
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35min，三次回火540
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550℃、保温2.5h。3.根据权利要求1所述一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，其特征在于，所述步骤四中，吸收保护层的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：于兴福，刘伟军，孙玉凤，苏勇，郑冬月，魏英华，袁慧慧，郝天赐，王全振，杨宇，安敏，杨树新，穆强，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：