[发明专利]一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法

说明书

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。先对经过真空淬火及回火后的材料进行冲击强化，后采用磨光的方法至少去除20μm的表面损伤层，从而使冲击强化区域形成较好的激光冲击强化层。本方法可以在材料表面冲击强化区域形成较均匀的应力分布，使得冲击强化表面得到更好的强化效果，表面压应力层深度最大可达1mm，且它可以应用于轴承内、外圈滚道面等关键部位，能够显著提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳强度，最终达到延长其疲劳寿命的效果。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。

背景技术

激光冲击强化（LSP）是一种先进的表面处理技术，用于改变表面层微观结构，提高表面压应力层深度和疲劳性能，增强金属材料的其他机械性能。在LSP工艺中，高功率密度（GW/cm⁻²）、短脉冲持续时间（ns）的激光束照射到金属部件的表面，通过吸收保护层的快速气化产生等离子体形成冲击波，对材料表面产生力的作用，并传递到材料内部，同时与周围材料发生强烈的相互作用。在这种相互作用下，材料表层产生了塑性变形，形成了局部区域的残余应力层，可以显著提高材料表面压应力层深度和抗疲劳性能。

经研究表明，以往的大部分研究聚焦在激光能量、搭接率等参数对残余应力和组织形貌的影响。如果针对由激光烧蚀对材料表面产生的损伤程度，在冲击强化表面去除损伤层，能够更有效的提高材料的疲劳性能，延长构件的使用寿命。

发明内容

针对以上所述，本发明的目的在于提供一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案。

一种提高8Cr4Mo4V轴承钢表面压应力层深度和疲劳性能的激光冲击强化方法，具体包括如下步骤：

步骤一：对8Cr4Mo4V轴承钢进行热处理；

步骤二：经过热处理后的8Cr4Mo4V轴承钢，进行磨光以获得光滑的冲击强化表面；

步骤三：将冲击强化表面用乙醇清洗干净并吹干；

步骤四：清洗干净的冲击强化表面粘贴适当厚度的吸收保护层；

步骤五：将8Cr4Mo4V轴承钢试样装夹至机械臂卡盘，并调整位置至激光束入射试样所需强化的区域；

步骤六：调整水路机械臂至8Cr4Mo4V轴承钢试样附近位置，出水口倾斜适当角度，使水帘均匀覆盖所需冲击强化表面；

步骤七：设置激光参数并进行激光冲击强化，激光参数包括激光能量、脉宽、光斑尺寸及光斑搭接率；

步骤八：冲击强化后去除吸收层并用乙醇清洗干净；

步骤九：采用研磨抛光的方法去除适当厚度的激光冲击强化后表面损伤层。

进一步地，所述步骤1中，热处理条件为1070-1100℃、保温15-35min，三次回火540-550℃、保温2.5h。

进一步地，所述步骤四中，吸收保护层的厚度为70-100μm，吸收保护层的材料为黑胶带、铝箔或黑漆。

进一步地，所述步骤五中，调整所需冲击强化试样表面位置，使激光束与所需强化表面呈70-90°入射状态。

进一步地，所述步骤六中，水路机械臂出水口倾斜角度30-60°，水膜厚度为1-2mm。

进一步地，所述步骤七中，激光参数设置，脉冲能量设为6-8J，脉宽设为15-19ns，方形光斑设置边长范围为3-4mm，搭接率30%-50%。

进一步地，所述步骤九中，激光冲击强化后强化区域表面用磨光的方法至少去除20μm的强化层深度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。