[发明专利]一种深层高硬度复合表面淬火强化方法

权利要求书

1.一种深层高硬度复合表面淬火强化方法，其特征在于，首先采用感应加热预淬火对金属和合金构件进行强化预处理，获得2～20mm级深度、7～10级晶粒度、45～62HRC平均硬度值的感应淬火硬化层，

然后，采用机加工对构件表面进行局部尺寸和精度校正处理或者在表面尺寸精度满足要求后，不进行局部尺寸和精度校正处理，

最后，在金属和合金构件表面进行高能束表面相变淬火，在表层0.1～2.5mm范围内进一步细化组织，制备获得晶粒度10～16级、硬度至62HRC以上的高能束淬火硬化层，

以此方式，获得深度大的感应淬火硬化层和硬度高的高能束淬火硬化层组成的复合硬化层，进而提高金属和合金构件整体的耐磨性、尺寸精度和疲劳寿命。

2.如权利要求1所述的一种深层高硬度复合表面淬火强化方法，其特征在于，其具体包括如下步骤：

S1：将金属和合金构件放入感应加热装置中进行加热，根据所需硬化层深度选择相应的感应淬火工艺参数，使材料表面达到奥氏体化温度以上，保温设定时间后随即喷射或浸泡淬火介质，使金属或合金构件快速冷却，通过控制加热温度、加热时间、加热速率、冷却速率来获得所需深度和硬度值的硬化层，进而在构件表面形成深度达到2～20mm，晶粒度7～10级，平均硬度达到45～62HRC的感应淬火硬化层，

S2：判断金属和合金构件是否需要进行机加工，若构件在感应淬火过程中发生较大变形，则按照金属和合金构件表面装配精度和光洁度要求，进行机加工；

若感应淬火后构件仍满足装配精度和光洁度要求，无需进行机加工；

S3：采用单个或若干个高能束辐射金属和合金构件表面，使各淬火区处温度达到奥氏体化温度以上，同时为保证构件表面精度，其淬火温度始终控制在材料熔点以下，不熔化构件表面，根据实际应用需要调整高能束表面相变淬火过程中的工艺参数，从而控制加热温度、加热时间、加热速率、冷却速率，通过高能束的多次重复辐射的累积热效应来获得相应的高能淬火硬化层深度，最终在构件表面形成晶粒度达10～16级、深度达到0.1～2.5mm，平均硬度超过62HRC的高能束淬火硬化层。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据实际应用需要，能任意调整高能束表面相变淬火过程中每个淬火单元的工艺参数和淬火次数，

在每个淬火单元的工艺参数和次数相同时，获得各淬火单元淬火深度一致的均匀型高能束淬火硬化层；

在渐进式控制各个淬火单元每次淬火的工艺参数，能获得沿构件深度方向呈梯度变化的梯度型高能束淬火硬化层；

根据构件不同部位的硬度要求，在控制各个淬火单元的工艺参数或次数不同时，能获得各淬火单元淬火深度不一致的凹凸型高能束淬火硬化层，

高能束表面相变淬火过程中能采用单个高能束对金属和合金构件表面同一部位进行多次淬火以提高高能束淬火硬化层深度，也可以采用多个高能束在不同部位同时进行淬火，以提高淬火效率；同一高能束在构件表面同一部位进行多次淬火时，可根据需要分别采用相同或者不同工艺参数进行淬火处理；同一高能束在构件表面不同部位依次进行淬火时，可根据需要分别采用相同或者不同工艺参数进行淬火处理；多个高能束在构件表面同一部位同时或者依次进行淬火时，可根据需要分别采用相同或者不同工艺参数进行淬火处理；多个高能束在构件表面不同部位同时或者依次进行淬火时，可根据需要分别采用相同或者不同工艺参数进行淬火处理；

高能束淬火硬化层和感应淬火硬化层的厚度、硬度值、尺寸精度和表面光洁度均可根据实际应用需要，通过调整感应淬火和高能束表面相变淬火的工艺参数进行控制。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据实际应用需要，在高能束淬火过程中能任意调整每个淬火单元之间的间距进行连续淬火，从而实现整个表层的连续式硬化；也能采用离散淬火的方式，通过控制单个淬火单元的形状、数量、尺寸、面积和分布等，形成不同图案、不同间距的离散式高能束淬火硬化层。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，感应淬火和高能束表面相变淬火过程中均能辅助施加磁场、电场、超声波、微波、红外辐射中的一种或者多种能量源，高能束选自激光束、电子束、离子束、等离子体以及电弧。