激光淬火＋表面氮化复合处理方案的选择

激光淬火＋表面氮化复合处理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的选择 激光淬火，表面氮化复合处理方案的选择 材料热处理(7 激光淬火+表面氮化复合处理方案的选择 吴健 (无锡工艺职业技术学院机电工程系,江苏宜兴214006) 摘要:分别用激光淬火一表面氮化和表面氮化一激光淬火复合处理工艺方案对 4Crl3钢试样进行表面强化 处理.然后由实验数据绘制硬度分布曲线和硬化层深度比较表,分析激光淬火与表 面氮化的不同组合对材料表面 硬化层硬度分布和硬化层深度的影响.结果表明,采用表面氮化一激光淬火复合处 理可满足试样表面强化处理的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 . 关键词:4Cr13不锈钢;激光淬火;表面氮化;复合强化处理 中图分类号:TG156.8+2;TG156.99文献标识码:A文章编号:1001— 3814(2007)14-0050-03 OrderChoiceofCompositeTreatmentSchemesAboutLaser Quenching+SurfaceNitriding ,?UJian (Dept.ofElect.andMech.Eng.,Wuxi,ofAm.&Technology,Yixing214006,China) Abstract:4Cr13steelsamplewascarriedoutthesurfacestrengtheningtreatmentbyusingthe differentsurface compositetreatmentprocesses(1aserquenching-surfacenitridingandsurfacenitriding-las erquenching),Thenaccording totheexperimentaldata,thehardnessdistributioncurveandcomparasiontableofdepthofhar denedlayerweremade Theeffectsofdifferentordersoflaserquenchingandnitridingtreatmentonsurfacehardnessd istributionanddepthof hardenedlayerwereanalyzed,Theresultsshowthattheprocessingschemeofsurfacenilridin g-laserquenching compositetreatmentcallmeetthedemandofcompositestrengtheningtreatmentofthesampl esurface. Keywords:4Cr13stainlesssteel;laserquenching;surfacenitriding;compositestrengthenin gtreatment 激光淬火与表面氮化的复合处理工艺方案有 先激光淬火后表面氮化处理(简称激光一氮化复 合处理)和先表面氮化处理后激光淬火(简称氮 化一激光复合处理).这两种复合处理都是目前最 有应用前景的新的表面复合处理工艺[1】. 本文将分析激光淬火与氮化处理的不同组合 对4Cr13不锈钢表面硬化层硬度分布和硬化层深 度的综合影响.以选择相对较好的工艺对4Cr13 钢试样进行表面复合强化处理. 1试样制备及实验方法 实验用材为4Crl3不锈钢.其化学成分见表 l[2】.钢样的初始态为正火态或退火态,样品尺寸 为45mmx45mm~10mill,其表面热处理工序为: ?调质——850?盐浴加热30min淬油及540? 收稿日期:2007.02.08 作者简介:吴健(1970-),女,江苏宜兴人,高级讲师,工程硕士研究 生,攻读激光加工专业,已发表论文7篇;电话: 0510—88506385;Email:xiaowujian4540@163.COIll 表14Cr13不锈钢材料的化学成分(质量分数,'') Table1Compositionof4Cr13stainlesssteel(wt$1) CIvlnSiCrNiSP 0-3512,OO ,?O.6O?O,6O?O.6O?0.030?0.030 0.4514,0o 回火90min,硬度为35HRC;?离子渗氮—— 54O?渗氮,氨分解率2O%,氮化时间10ht3];?宽 带激光淬火——采用RS2000型5kwCo快速轴 流激光器.实用功率2.O,3.5kW.扫描速度6O, 120mm/min,激光光斑直径均为8mlTl. 2氮化处理 氮化处理按氨分解率和渗氮时间不同分成两 种,两段氮化,氮化温度均为540?: 氮化I(氨分解率+渗氮时间):第一段20%+10h, 第二段4O%+10h: 氮化II(氨分解率+渗氮时间):第一段3O%+10h, 第二段40%+10h. 图l是两种氮化工艺处理后硬化层的硬度分 布曲线.可以看出,由于第一段中氮化I比氮化? 《热加工工艺》2007年第36卷第l4期 材料热处理 图1两种氮化工艺处理后硬化层的硬度分布曲线 Fig.1Thehardnessdistributioncurvesofhardenedlayer wimdifferentnitridingprocesses 的氨分解率低,即氮势较高,因此它的表面硬度较 高,硬化层深度也较大. 3激光一氮化复合处理 本试验是在RS2000型5kWCO快速轴流激 光器上进行的,激光光斑直径8mill,扫描速度分 别为80和110mm/min.激光功率分别为2.8,3.0 和3.3kW,先激光淬火后再氮化处理【4】. 图2是氨分解率为20%~40%,激光扫描速度 为80mm/min的激光一氮化复合处理后硬化层的 硬度分布曲线.与图1中的氮化I曲线比较,可看 出,激光淬火可以稍微增加随后氮化处理的硬化 层深度,这说明淬火马氏体有利于氮原子的扩散; 激光淬火可以较明显地提高硬化层的表面硬度. 尤其当激光功率为3.0kW时.复合处理的表面硬 度提高了10.0HRC,这与激光淬火时钢中的铬, 钼固溶于马氏体中,在随后的氮化处理时形成弥 散的氮化物而起到强化作用有关.激光功率为2.8 和3.3kW时,复合处理的表面硬度无明显提高, 这是因为2.8kW激光淬火后马氏体中的铬,钼含 量较低,使弥散强化的作用降低;而3.3kW激光 Depth/mm 图2激光一氮化复合处理后硬化层的硬度分布曲线 Fig.2Thehardnessdistributioncurvesofhardenedlayerwim laserquenchingandnitridingcompositetreaUnent 淬火后的硬化层的表面有残余奥氏体,随后氮原 子的渗入只会提高奥氏体的稳定性而不会改变其 硬度. 图3是氨分解率为30%--40%,激光扫描速度 为110nlrrdmin的激光一氮化复合处理后硬化层 硬度分布曲线.与图1中的氮化II曲线比较,激 光一氮化复合处理可使硬化层深度有所增加,但表 面硬度没有多大变化.这是因为图3氮化过程中 的氨分解率(30%,-40%)比图2中的(20%~40%) 厂————— ,I 高,即氮势低,渗入表面的氮原子较少,尚不能明 显体现出含氮马氏体的高硬度. 4氮化一激光复合处理 本试验是在RS2000型5kWCO快速轴流激 光器上进行的,激光光斑直径8rfliil,扫描速度分 别为80和1lOmm/min,激光功率分别为2.8,3.0 和3.3kW,先氮化处理后再激光淬火. 图4是氨分解率为20%,-40%,激光扫描速度 为110mm/min的氮化一激光复合处理后硬化层的 硬度分布曲线.与图1中的氮化I曲线比较可知, 氮化后的激光淬火不仅可明显提高硬化层深度, Depth/mm 图4激光一氮化复合处理后硬化层的硬度分布曲线 Fig.4Thehardnessdistributioncurvesofhardenedlayer withnitridingandlaserquenchingcompositetreatment 《热加工工艺》2007年第36卷第14期51 (_u}l一?器皇?B}l ?如柏如 6}lIp】Bll 材料热处理 而且还可大幅度地增加表面硬度.这是因为 4Cr13钢激光淬火硬化层的深度主要取决于激光 工艺参数.其硬度则取决于马氏体的含碳量.由图 4可知.硬化层最高硬度升高到62.5HRC左右, 说明氮原子对马氏体起到了强化作用. 图5是氨分解率为20%~40%,激光扫描速度 为80mngmin的氮化一激光复合处理后硬化层的 硬度分布曲线.与图4比较可知,激光扫描速度降 低.试样表面温度升高.所以2.8kW和3.0kW的 表面硬度有所上升,而3.3kW的则下降.这可能 与淬火层中较多的残余奥氏体有关.因为温度较 高的含氮奥氏体的稳定性更高,而马氏体点降低. 此外,试样表面温度升高,硬化层深度有所增加. Depth/mm 图5激光一氮化复合处理后硬化层的硬度分布曲线 Fig.5Thehardnessdistributioncurvesofhardenedlayer withnitridingandlaserquenchingcompositetreatment 5两种复合处理的综合分析 表2,表3分别是激光扫描速度为80和ll0 mm/min的激光一氮化复合处理与氮化一激光复合 处理的硬化层深度.表4是激光扫描速度为80 mm/min,氨分解率为20%的两种复合工艺处理的 硬化层表面硬度比较表嘲. 虽然氮化一激光复合处理或激光一氮化复合处 理均能提高材料的表面硬度和硬化层深度.但从 表2,表3可看出,氮化一激光复合处理比激光一氮 化复合处理的材料表面硬化层深度有较明显的增 加,对改善纯氮化材料的表面性能更为有效.激光 功率的增加和扫描速度的降低都相应地增加了硬 化层深度.从表4可看出,激光输出功率为2.8kW 时,氮化一激光复合处理的表面硬度明显高于激 光一氮化复合处理的.需要强调的是,氮化一激光 复合处理后须进行200~C以下的低温回火,使淬 火马氏体回火变成回火马氏体,以消除应力.降低 表2激光扫描速度为80nun/min的复合处理 硬化层深度(mm) Table2Thedepth(mm)ofhardenedlayerafter compositetreatment(v=8Omm/min) 激光一氮化氮化一激光 氨分解率 2.8kW3.0kW3-3kW2.8kW3.0kW3-3kW 20%--40%1-251-291-361.801.952.05 30%—40%1.131.251.361.761.861.96 表3激光扫描速度为llOmm/min的复合处理 硬化层深度(mm) Table3Thedepth(mm)ofhardenedlayerafter compositetreatment(v=llOnnnlmin) 激光一氮化氮化一激光 氨分解率 2.8kW3.0kW3-3kW2.8kW3.0kW3-3kW 20%--40%1.211.251.281.471.661.72 30%--40%1.101.191.311.451.621.68 表4激光扫描速度为80ram/rain,氨分解率为20''的复 合处理硬化层表面硬度 Table4Thehardnessofhardenedlayeraftercomposite treatment(v=80mm/min,NH3decowpositionratio=20~) 工艺参数激光一氮化氮化一激光 输出功率/kW2.8kW3.OkW3.3kW2.8kW3.0kW3.3kW 表面硬度(HRC~41.0357.0853-3365.2563-3558-33 脆性.此外,在满足表面硬度大于64.0HRC,硬化 层深度达1.6ram的前提下,选择合适的氮化工艺 及激光工艺参数,可使氮化一激光复合处理的时间 比纯氮化处理时间缩短1/2,2/3. 6结论 综上所述,激光扫描速度为80mm/min,氨分 解率为20%,激光输出功率为2.8kW时,采用氮 化一激光复合处理工艺方案,可使4Crl3钢材料 表面硬化层深度达1.70ITIITI,表面硬度65.0HRC. 更好地满足试样表面复合强化处理的工艺要求. 参考文献: 【1】刘富荣,高谦,王广生,等.38CrMoAlA钢激光和氮化复合处 理研究【J】.航空制造技术,2003,(3):65—67. [2】代毅,黄文荣,汤光平,等.4Cr13不锈钢激光表面强化技术研 究[J].激光技术,2002,(6):177—179. [3】刘家浚,罗虹.35CrMo钢离子氮化与激光相变硬化复合处理 及其耐磨硅的研究【J】.机械工程,1994,30(4):102—106. [4】王家金.激光加工技术[M】.北京:中[]~-t-t出版社,1992. 【5】周建忠,杨继昌.齿轮激光淬火工艺及性能研究[J].农业机械 ,2002,(9):93—95.田 52《热加工工艺》2007年第36卷第l4期 ???? ^cI}I一?8_JB}I