專利名稱：一種金屬激光深層淬火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種金屬激光深層淬火工藝，適用于金屬材料的表面淬火硬化加工，尤其適用于復雜形狀零件局部、不允許變形的零部件，如大中型齒輪表層、大型軸承內(nèi)外圈、刀具刃部的加工等。
背景技術(shù)：
目前的金屬加工通常采用感應加熱淬火的方法以提高金屬的表面硬度，雖然深度較深，可以達到1～3mm，但由于加熱時表面要熔化，不但破壞了金屬表面光潔度，而且工件形變較大。感應圈制作復雜，尤其是復雜形狀的工件內(nèi)腔局部，難于實現(xiàn)硬化。
激光硬化金屬加工工藝在國內(nèi)外也得到廣泛應用，同一金屬材料用激光硬化加工工藝可以比常規(guī)的感應加熱淬火提高10～20％，且具有局部可選性硬化，無需冷卻介質(zhì)、變形小等優(yōu)點，如，各類軸徑、導軌、汽缸內(nèi)壁、齒輪等。但在控制表面不熔化情況下，硬化深度通常在0.2～0.6mm以內(nèi)，若再要增加深度，由于激光束高的能量密度，就會使激光作用區(qū)局部溫度升高在短時間內(nèi)傳導至基體內(nèi)部并出現(xiàn)表層過熔，破壞表面光潔度，這也是目前限制激光硬化應用的主要瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種激光深層金屬淬火硬化的加工方法，發(fā)明解決了金屬感應加熱時的形變，提高了金屬表面硬度，同時，解決了激光淬火硬化深度偏淺的問題。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案是清潔金屬需處理區(qū)表面，并在表面涂覆合金吸光涂料，合金吸光涂層干燥后，根據(jù)處理面積選擇一種光斑的光束進行激光淬火處理，同時，將氣體吹到金屬表面激光局部作用區(qū)，并用液體冷卻劑冷卻激光作用區(qū)周圍，控制激光作用區(qū)不熔或微熔，使得金屬硬化層淬火深度達到0.7～3mm。
激光工藝參數(shù)對于Fe-C合金材料，輸出功率1～5KW，掃描速度0.1～1m/min，實施時應根據(jù)具體情況，對以上范圍的參數(shù)進行優(yōu)化搭配。
表面涂層合金吸光涂層專用涂料，成份混合稀土10～20％、10～20％合金、粘結(jié)劑60～80％，主要用途是提高對光的吸收以及表層合金化，其中合金組成為W 30～50％、Co 20～40％、Cr 5～20％、Mo 1～3％、Si 1～3％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％；所述液體冷卻劑與激光光束同方向同步運動，冷卻劑噴射方向在激光光束的方向向外側(cè)偏5～15°。
所述液體冷卻劑是水或鹽水，所述氣體是空氣或惰性氣體，如氬氣、氮氣等。


圖1為本發(fā)明圓形激光光斑深層淬火示意圖；圖2為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A-A剖面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖1、圖2和圖3對本發(fā)明實施例作一詳細說明，激光光斑可為矩形激光光斑，或圓形光斑如圖1，1為激光束，光斑大小可以調(diào)節(jié)，冷卻劑2的流量和方向是一定的，冷卻劑2噴射方向為向外側(cè)偏5～15°，距光斑距離可以調(diào)節(jié)，在處理過程中冷卻劑2、氣體3、激光束1同步運動。氣體3為氬氣，除了冷卻作用外還有對激光作用區(qū)保護作用。以木工刀為例，如圖2，圖3所示，該刀由刀體5和刀刃4組成，原來在刀刃4用釬焊鑲嵌高速鋼或硬質(zhì)合金的方法制造，主要問題是工序復雜，對于硬質(zhì)合金刃口，由于材料本身的脆性而受到長度的限制，當長度大于300mm時，容易在制造或使用過程中出現(xiàn)硬質(zhì)合金刃口斷裂現(xiàn)象，同時，硬質(zhì)合金雖然硬度高耐磨，但由于本身的致密性原因?qū)е氯锌诓粔蜾h利。按照本發(fā)明的方法，基體材料選用40Cr或65Mn，利用基體材料本身的硬化層作為刀刃，在刀刃4處采用激光深層強化法進行處理，得到深度為0.5～3mm的硬化層，平均硬度為HV700，金相組織為高度細化的馬氏體。工藝簡單，充分挖掘原有材料性能，由于晶粒高度細化使得組織致密，刃口鋒利度大大提高，硬化層與基體一體化過渡，無焊接。如圖2所示4為刀刃部分的激光硬化層，5為未進行激光硬化處理的刀體。
制作步驟以上述木工刀為例，說明如下，1、金屬板料成型(與常規(guī)工藝一樣)，并留有精加工余量；2、清洗刀具刀刃，噴砂；3、刃口涂專用吸光涂料，成份混合稀土10％、合金20％、粘結(jié)劑70％，其中合金組成為W 40％、Co 30％、Cr 15％、Mo 2％、Ni 7％、Si 2％、Fe 2％、C 2％；4、在刃口單面進行激光處理參數(shù)如下

5、氣體冷卻劑3(空氣)、液體冷卻劑2(水)、激光光束1同方向同步運動，氣體冷卻劑3、液體冷卻劑2的流量和方向是一定的，冷卻劑噴射方向在激光光束方向向外側(cè)偏5～15°。
5、開刃磨刃對激光處理刀刃面進行精磨，對未處理刀刃面進行開刃，將來磨刃也在未處理一側(cè)。
發(fā)明解決了金屬感應加熱時的形變，硬度較感應加熱淬火高10～20％，同時，解決了激光淬火的深度偏淺的問題，可以實現(xiàn)工件靈活、局部的加工生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1，一種金屬激光深層淬火工藝，其特征在于其工藝步驟如下清潔金屬需處理區(qū)表面，并在表面涂覆合金吸光涂料，合金吸光涂層干燥后，根據(jù)處理面積選擇一種光斑的光束進行激光淬火處理，同時將氣體吹到金屬表面激光局部作用區(qū)，并用液體冷卻劑冷卻激光作用區(qū)周圍。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬激光深層淬火工藝，其特征在于所述合金吸光涂料的成份為混合稀土10～20％、合金10～20％、粘結(jié)劑60～80％，其中合金組成為W 30～50％、Co 20～40％、Cr 5～20％、Mo 1～3％、Si 1～3％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬激光深層淬火工藝，其特征在于所述激光處理的工藝參數(shù)如下對于Fe-C合金材料，輸出功率1～5KW，掃描速度0.1～1m/min。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬激光深層淬火工藝，其特征在于所述液體冷卻劑與激光光束同方向同步運動，冷卻劑噴射方向在激光光束的方向向外側(cè)偏5～15°。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬激光深層淬火工藝，其特征在于所述液體冷卻劑是水或鹽水。
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬激光深層淬火工藝，其特征在于所述氣體是空氣。
7，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬激光深層淬火工藝，其特征在于所述氣體是惰性氣體。
全文摘要
一種金屬激光深層淬火工藝，通過在金屬需處理區(qū)表面涂覆合金吸光涂料后，根據(jù)處理面積選擇一定光斑的光束進行激光處理，同時，用一定流量的氣體吹到金屬表面激光局部作用區(qū)，并用液體冷卻劑冷卻激光作用區(qū)周圍，使得金屬硬化層淬火深度達到0.7～3mm。發(fā)明解決了金屬感應加熱時的形變，提高了金屬表面硬度，同時解決了普通激光淬火硬化深度較淺的問題。
文檔編號C21D1/09GK1603425SQ0315141
公開日2005年4月6日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者姚建華, 樓程華 申請人:浙江工業(yè)大學