一种激光微处理工件表面强化方法技术

本发明专利技术涉及一种应用激光强化处理工件表面的方法。对工件表面进行整体激光淬火，晶粒一定程度上得到细化；对工件表面进行局部激光网格强化，强化区硬度进一步提高，晶粒进一步得到细化工件强化表面晶粒得到细化，导致工件材料呈现各向同性，庞大的界面导致位错无法塞积，工件服役中，不仅应力集中大大减小，疲劳裂纹扩展也受到阻碍，塑性增强。此外，非强化区晶粒尺寸比强化区平均晶粒尺寸要大，位错分布随机，这与致密的强化区晶粒排列迥异，所以非强化区与强化区之间会形成一条裂纹干涉带，可以有效的预防疲劳裂纹的扩展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料处理加工以及激光加工应用
，特指一种应用激光强化处理工件表面的方法。
技术介绍
随着我国汽车、家电工业的高速发展，对工件工业提出了更高的要求，如何提高工件的加工质量和使用寿命，一直是人们不断探索的课题。而表面强化技术以其广泛的功能性，良好的环保性以及巨大的增效性，正逐步成为提高工件质量和使用寿命的重要途径。工件的表面强化处理是指用机械、物理和化学的方法对工件工作表面进行改性和覆盖等处理，使工件在保证高的强韧性基础上，不仅具有更高的强度、硬度、耐磨性，同时具有优异的抗疲劳、抗咬合、抗粘着、抗擦伤、耐腐蚀、抗高温氧化等性能的处理方法。专利号为CN 103194750的中国专利公开了一种工件表面激光熔注局部仿生强化方法。该方法将激光熔注技术与仿生技术相结合，在工件表面进行激光熔注陶瓷颗粒而成仿生纹理，对工件表面进行局部填加陶瓷颗粒和仿生强化，由陶瓷颗粒阻断裂纹的发展，在工件表面局部制备生物结构金属基复合材料层，提高工件的耐磨性能，抗裂性能。激光熔注将增强颗粒注入基体的熔池中，有利于解决激光熔覆由于熔覆层与基体之间化学成分存在较大梯度而导致的熔覆层易开裂的问题。但是这种方法仅适用于非光滑工件表面，并且非处理区表面材料硬度及耐磨性不高，也不能有效的在非处理区阻碍裂纹的萌生。本专利技术将激光处理作为目的，优化冲击路线，单次冲击淬火提高工件硬度及耐磨性，二次冲击局部网格强化，在强化区及非强化区共同阻碍裂纹的萌生及发展。
技术实现思路
本专利技术提出了一种表面材料硬度及耐磨性更高的激光微处理工件表面强化方法，利用本方法能够有效阻碍局部裂纹的萌生和发展。本专利技术的过程为:对工件表面进行整体激光淬火，提高工件硬度以及硬化层深度，晶粒一定程度上得到细化；对工件表面进行局部激光网格强化，强化区硬度进一步提高，晶粒进一步得到细化，位错密度增加，产生位错墙，位错缠结等晶格缺陷；在强化区与非强化区之间形成裂纹干涉带，在提高工件表面硬度，耐磨性的同时可以有效的预防裂纹的萌生及发展。本专利技术采取的技术方案为:，包含如下步骤:A、将工件放在五轴联动工作台上，将其定位好后用夹具装置夹紧；B、用酒精去油去污溶剂去除工件表面油污和锈，以便于均匀喷涂吸光材料；C、用喷枪或刷子将Si02吸光涂料均匀的涂在工件表面上，提高金属表面对激光的吸收率；D、调整激光器参数(激光功率、扫描速度)和光斑直径，对工件表面进行整体淬火；E、清洗工件表面，干燥后涂黑漆；F、调整激光器参数(激光功率、扫描速度)和光斑直径，由CAD应用程序控制激光束对工件进行网格扫描，其中扫描区为强化区，未扫描区为非强化区；所述非强化区为封闭形区域，所述非强化区分散在所述强化区外；G、清洗工件表面的黑漆。上述方法中，对工件表面进行整体淬火时，激光器的能量范围为60(Tl200w，扫描速度范围为5mm/s~30mm/s，光斑直径为4~10mm，搭接率为50%~70%，淬火后的工件硬度、抗塑性变形和抗粘磨损能力会有很大提高。上述方法中，对工件进行网格扫描时，激光器的能量范围为(T50J，脉冲宽度为5~50ns，光斑直径为3~6mm，搭接率为30~50%。上述方法中，所述非强化区呈阵列分布，所述非强化区的形状为正多边形，优选为正方形，其中每一个正多边形单元的边长L为疒5mm，所述非强化区的阵列间距S为m1-5πιm。这样，工件表面晶粒得到细化，导致工件材料呈现各向同性，庞大的界面导致位错无法塞积，工件服役时，不仅应力集中大大减小，疲劳裂纹扩展也受到阻碍，塑性增强。此外，非强化区即仅进行淬火处理的工件表面晶粒尺寸相对强化区平均晶粒尺寸要大，位错分布随机，这与致密的强化区晶粒排列迥异，非强化区与强化区之间会形成一条裂纹干涉带，可以有效的预防疲劳裂纹的扩展。本专利技术方法的优点:1.对工件进行整体激光淬火，高能量密度激光束快速扫描工件表面，工件表层材料吸收激光能量，金属表面温度快速升温到相变温度以上，激光束离开时，被照射部位即通过金属基体的热传导作用迅速冷却实现自冷淬火，在表层形成细化的淬火组织。硬化层 具有较高的硬度和耐磨性，并且热影响区小，淬火应力及变形小。2.对工件进行局部网格强化，强化区形成致密的超细晶粒，位错密度增加，使材料表层形成高残余压应力，大幅度提高材料的耐磨性，耐热性和耐腐蚀性。并且非强化区与强化区之间会形成裂纹干涉带，进一步预防和阻碍疲劳裂纹的产生和扩展。3.该处理方法不影响工件表面光滑，美观，硬化层分布均匀，无裂纹缺陷；4.工件产品表面粗糙度低，表面光洁度高，尺寸精度高。5.工艺简单，高效，无污染。【附图说明】图1激光微处理强化工艺流程。图2激光强化扫描路径示意图。图3激光强化处理效果图。图4激光熔注局部仿生强化方法的工件断面图。图5为本专利技术的工件端面图。图中，1.激光器；2.强化区；3.非强化；4.裂纹干涉带；5.裂纹；6.陶瓷颗粒；7.未处理工件区。【具体实施方式】如图1和图2所示，45#钢的汽车LED前照灯工件。将工件放在五轴联动工作台上，将其定位好后用夹具装置夹紧:用酒精去油去污溶剂去除工件表面油污和锈；用喷枪或刷子将Si02吸光涂料均匀的涂在工件表面上；调整激光器1的参数(激光功率、扫描速度)和光斑直径，其中激光器1发出激光的能量为800W，扫描速度为7mm/s，光斑直径为10mm，搭接率为70%，对工件表面进行整体淬火；清洗工件表面，干燥后涂黑漆；调整激光器4的参数(激光功率、扫描速度)和光斑直径，其中激光器1发出激光的能量为20J，脉冲宽度50ns，光斑直径为3mm，搭接率为50%，K9光学玻璃作为约束层，由CAD应用程序控制激光束对工件进行网格扫描以在工件表面形成强化区2和非强化区3，其中，非强化区3呈阵列分布在所述强化区外，每一个非强化区单元的形状为正方形，其中每一个正方形单元的边长L为2~5臟，所述非强化区3的阵列间距S为4~5mm。图3所示激光微处理后工件表面效果放大图，图中可以看出，在强化区2上，位错密度大，晶格细小，预防了裂纹的萌生，在强化区2与非强化区3形成裂纹干涉带2，使裂纹5在裂纹干涉带4处湮没或者断开，阻碍了裂纹的发展。试验表明，经过激光微处理强化的工件使用寿命比强化前提高了 30%以上。图4对比了在相同的激光参数条件下，激光熔注局部仿生强化方法与本专利技术的激光微处理强化方法对工件表面层结构的影响。激光熔注局部仿生强化是在工件表面进行激光熔注陶瓷颗粒6而成仿生纹理，对工件表面进行局部填加陶瓷颗粒和仿生强化，可以看到，熔注仿生强化处理后的工件硬度层深度和非强化区的晶格致密度都不及激光微处理强化后的工件。这说明，激光微处理强化的工件硬化层深度大，晶粒细小，具有良好的抗疲劳性能及耐磨，耐腐蚀性 能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光微处理工件表面强化方法，包含如下步骤：A、将工件放在五轴联动工作台上，将其定位好后用夹具装置夹紧；B、用酒精去油去污溶剂去除工件表面油污和锈，以便于均匀喷涂吸光材料；C、用喷枪或刷子将SiO2吸光涂料均匀的涂在工件表面上，提高金属表面对激光的吸收率；D、调整激光器参数和光斑直径，对工件表面进行整体淬火；?E、清洗工件表面，干燥后涂黑漆；F、调整激光器参数和光斑直径，由CAD应用程序控制激光束对工件进行网格扫描，其中扫描区为强化区，未扫描区为非强化区；所述非强化区为封闭形区域，所述非强化区分散在所述强化区外；?G、清洗工件表面的黑漆。

【技术特征摘要】
1.一种激光微处理工件表面强化方法，包含如下步骤:A、将工件放在五轴联动工作台上，将其定位好后用夹具装置夹紧；B、用酒精去油去污溶剂去除工件表面油污和锈，以便于均匀喷涂吸光材料；C、用喷枪或刷子将Si02吸光涂料均匀的涂在工件表面上，提高金属表面对激光的吸收率；D、调整激光器参数和光斑直径，对工件表面进行整体淬火；E、清洗工件表面，干燥后涂黑漆；F、调整激光器参数和光斑直径，由CAD应用程序控制激光束对工件进行网格扫描，其中扫描区为强化区，未扫描区为非强化区；所述非强化区为封闭形区域，所述非强化区分散在所述强化区外；G、清洗工件表面的黑漆。2.根据权利要求1所述的一种激光微处理工件表面强化方法，其特征在于，对工件表面进行整体淬火时，选用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任旭东，刘帆帆，郭伟刚，杜正清，周水琴，李慧敏，随赛，陈加明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：