一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112144010A(43)申请公布日2020.12.29(21)申请号202011039941.8(22)申请日2020.09.28(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人任云鹏万瀚宇陆恒辛志铎李致宇(51)Int.Cl.C23C8/32(2006.01)C23C8/80(2006.01)C21D10/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺(57)摘要本发明提供了一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，包括如下步骤：将退火态的靶材表面预处理；将表面处理后的靶材放入真空炉内进行碳氮共渗，将碳氮共渗后的靶材进行低温回火；在靶材表面上设置约束层，通过激光对靶材表面进行小能量高重频的激光冲击。本发明可以用于细化表层晶粒，再次提高靶材的表面硬度，并在较大的深度上产生较大的残余压应力，有利于抑制表面疲劳裂纹的产生。CN112144010ACN112144010A权利要求书1/1页1.一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，其特征在于，包括如下步骤：将退火态的靶材表面预处理；将表面处理后的靶材放入真空炉内进行碳氮共渗，将碳氮共渗后的靶材进行低温回火；在靶材表面上设置约束层，通过激光对靶材表面进行小能量高重频的激光冲击。2.根据权利要求1所述的激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，其特征在于，所述表面预处理为通过砂纸和金相抛光剂进行逐级打磨抛光，使表面粗糙度低于Ra0.3，再将靶材放入丙酮或无水乙醇溶液中进行超声波清洗。3.根据权利要求1所述的激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，其特征在于，所述约束层为去离子水或K9玻璃，所述约束层厚度范围为0.1～2mm。4.根据权利要求1所述的激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，其特征在于，当所述靶材为低碳合金钢时，所述小能量高重频的激光冲击过程中，激光能量为20～50mJ，激光的脉宽为10～20ns，激光的重复频率为50～100Hz。5.根据权利要求4所述的激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，其特征在于，所述激光波长为1064nm或532nm，所述激光的光斑直径为0.2～0.5mm，所述激光的搭接率为30％～70％。2CN112144010A说明书1/3页一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺技术领域[0001]本发明涉及激光加工领域和热处理领域，特别涉及一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺。背景技术[0002]大型重载设备对其传动齿轮的机械性能有很高的要求，常用20CrMnTi和20Cr2Mn2Mo等材料制造。为了保证齿轮表面的韧性和抗冲击性能，一般通过表面热处理工艺来提高齿轮的表面硬度和耐磨性。最常见的表面热处理工艺为渗碳、渗氮、碳氮共渗等工艺。渗碳处理后由于渗碳层的结合性较差，受力时容易剥落；渗氮处理后硬化层很薄，不适合在高速冲击环境中使用；碳氮共渗以渗碳为主，同时渗氮，碳渗入后形成的碳化物可以促进氮化物的形成，氮化物形成后又可以有效的促进渗碳过程的完成。氮化物可以明显提高材料的硬度，改善材料的耐磨性，氮化物对提高材料的疲劳性能有明显作用。因此碳氮共渗能一定程度上弥补单一渗碳或渗氮工艺的不足，对提高材料的综合表面性能尤为重要。但是传统的碳氮共渗层的表面晶粒粗大，力学性能较差，耐磨性、耐腐蚀性等性能不足。发明内容[0003]针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，利用激光冲击碳氮共渗层，细化表面晶粒，产生高密度位错和较大的残余压应力，显著的提高了靶材的疲劳性能、耐磨性、耐腐蚀性等性能。[0004]本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。[0005]一种激光冲击强化改善碳氮共渗层性能的工艺，包括如下步骤：[0006]将退火态的靶材表面预处理；[0007]将表面处理后的靶材放入真空炉内进行碳氮共渗，将碳氮共渗后的靶材进行低温回火；[0008]在靶材表面上设置约束层，通过激光对靶材表面进行小能量高重频的激光冲击，用于细化表层晶粒，再次提高靶材的表面硬度，并在较大的深度上产生较大的残余压应力，有利于抑制表面疲劳裂纹的产生。[0009]进一步，所述表面预处理为通过砂纸和金相抛光剂进行逐级打磨抛光，使表面粗糙度低于Ra0.3，再将靶材放入丙酮或无水乙醇溶液中进行超声波清洗。[0010]进一步，所述约束层为去离子水或K9玻璃，所述约束层厚度范围为0.1～2mm。[0011]进一步，当所述靶材为低碳合金钢时，所述小能量高重频的激光冲击过程中，激光能量为20～50mJ，激光的脉宽为10～20ns，激光的重复频率为50～100Hz。[0012]进一步，所述激光波长为1