Cr表面大面积激光相变硬化层组织性能研究.PDFVIP

40Cr 表面大面积激光相变硬化层组织性能研究 李刚，李治，相珺，况军 辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁阜新（123000 ） E-mail:163.com 摘 要：本实验选用40Cr 为基体材料，利用HL-1500 无氦横流CO2 激光加工机对其表面进 行大面积激光相变硬化处理，分析研究在不同工艺参数条件下所得到材料表面组织及性能。 结果表明：大面积激光相变硬化区主要由马氏体、少量残余奥氏体组成，搭接工艺为1.5mm 时，比搭接工艺为-1mm 时磨损量降低了0.0752g ，最高硬度提高了HK 162.8 。 关键词：40Cr 钢；大面积激光相变硬化；搭接；显微组织 1. 引言 激光相变硬化技术是 20 世纪 70 年代随着大功率激光器的问世而发展起来一项重大技 术。激光相变硬化，又称激光淬火，可以使材料被处理表面变硬，其实质是马氏体相变硬化。 [1,2] 马氏体和亚结构晶粒都被超细化，相变硬化后残余奥氏体也被显著强化 。 在实际生产中，单道激光扫描因扫描面积小，无法满足生产需求，所以金属合金材料经 激光大面积激光相变硬化之后硬化层的组织性能如何，得到了国内外业内人士的普遍关注。 大面积激光相变硬化可以改变材料表面化学成分、显微组织和力学性能，获得具有良好耐磨 性能和耐腐蚀性能的表面组织，对金属材料进行大面积激光相变硬化时，激光搭接区发生二 次相变硬化，二次激光相变硬化组织为硬度较高超细马氏体组织，从而大幅提高材料的抗磨 性能[3,4]。在中碳钢的研究中，经常采用大面积相变硬化方法来进行循环加热淬火冷却方法， 可有效细化材料的组织，奥氏体晶粒得到一定程度的细化，从而获得较细小的奥氏体晶粒组 织。另外，在大面积激光相变硬化时由于搭接区产生二次淬火，会形成回火软化区，如何选 [5,6] 择搭接工艺减小回火软化的影响，也是待解决的问题 。 选择合理搭接工艺，提高材料性能，为本实验主要研究目的。本实验选用材料为 40Cr ， 研究经激光加工机大面积扫描之后的试样硬化层的性能，测试其耐磨性，耐腐蚀性及硬度， 探讨经大面积相变硬化之后不同搭接宽度之间组织性能变化情况。 2. 实验材料及实验方法 2.1 实验材料 本实验所用材料为 40Cr ，其原始成分见表 1 表1 40Cr合金化学成分/wt% Table.1 The compositions of 40Cr /wt% C Si Mn P Ni S Cr 0.37～0.45 0.2～0.4 0.5～0.8 ≤0.035 ＞0.35 ≤0.035 0.8~1.1 2.2 实验方法 2.2.1 大面积激光相变硬化处理 本实验采用 HL-1500 无氦横流 CO2 激光加工机对刷吸收涂料的 40Cr 试样表面进行大 - 1 - 面积激光相变硬化处理，使激光束按照指定的工艺参数扫过试样，形成搭接宽度不同的试样， 搭接示意图如图 2-1 所示。 图2-1 大面积激光相变硬化搭接示意图 Fig.2-1 The lap joint of the big area laser transformation hardening 实验中采用激光功率P 为 1050W，扫描速度 V 为 6mm/s，离焦量为270mm，光斑直径 为