[发明专利]一种利用激光冲击提高G13Cr4Mo4Ni4V钢表面硬度及耐磨性能的工艺方法

说明书

本发明属于激光加工领域，特别涉及一种利用激光冲击提高G13Cr4Mo4Ni4V钢表面硬度及耐磨性能的工艺方法。采用不同激光功率密度的脉冲激光来冲击G13Cr4Mo4Ni4V钢表面；用HV1000A显微硬度计测量冲击前后G13Cr4Mo4Ni4V钢表面硬度；通过往复式摩擦磨损试验机来验证激光冲击对G13Cr4Mo4Ni4V钢摩擦磨损性能的影响。结果表明：经激光冲击后的G13Cr4Mo4Ni4V钢样品，表面硬度提高约25HV，耐磨性能得到显著强化，最佳参数冲击的试样，磨损量降低了94.47%。得到了激光冲击G13Cr4MoNi4V钢的最佳工艺参数，使用此参数冲击的试样的表面硬度、耐磨性能得到极大提升。

技术领域

本发明属于激光冲击强化技术领域，特别涉及一种利用激光冲击提高G13Cr4Mo4Ni4V钢表面硬度及耐磨性能的工艺方法。

背景技术

众所周知，轴承材料的性能是决定轴承质量好坏的重要因素，8Cr4Mo4V钢虽然强度高、耐高温，但其断裂韧性差，容易产生疲劳裂纹。继而，外硬内韧的G13Cr4Mo4Ni4V渗碳轴承钢被研制出来，但由于渗碳层中碳化物颗粒尺寸细小，所以导致其表面硬度低于8Cr4Mo4V钢、耐磨性略差。激光冲击强化技术是新兴的表面强化技术，其力学效应使表层材料发生塑性变形，引入加工硬化效应，正适合用于提高G13Cr4Mo4Ni4V渗碳轴承钢表面硬度及耐磨性。

近年来，激光冲击强化技术发展迅速，该技术不仅能够使金属材料表层产生有利的残余压应力，而且能够使金属材料表层的晶粒细化，生成大量位错、孪晶等微观组织结构，从而有效提高材料表层的疲劳强度、耐磨性能，同时激光冲击强化技术具有非接触、操作方便、可控性强和适用范围广等特点，因此在滚动轴承领域内具有良好的应用前景。

G13Cr4Mo4Ni4V作为第二代航空轴承钢，广泛应用于航空轴承的制造，由于其表面硬度及耐磨性能有待进一步提高，且鉴于激光冲击强化技术的优异性，优选一种提高G13Cr4Mo4Ni4V钢表面硬度及耐磨性能的激光冲击强化方法显得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用激光冲击提高G13Cr4Mo4Ni4V钢表面硬度及耐磨性能的工艺方法，以解决现有G13Cr4Mo4Ni4V钢轴承套圈表面硬度及耐磨性不足等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用激光冲击提高G13Cr4Mo4Ni4V钢表面硬度及耐磨性能的工艺方法，包括以下步骤：

步骤一：对试样进行热处理工艺；

步骤二：将步骤一中所述热处理工艺（真空气淬+回火）后的10×10×10块状试样打磨至粗糙度一致；

步骤三：对试样粘贴黑色吸收层；

步骤四：装夹试样于试验专用夹具上，进行激光冲击强化处理；

步骤五：测定激光冲击强化处理后试样表面硬度和耐磨性；

步骤六：测定激光冲击强化处理后试样耐磨性；

进一步地，所述步骤一中，热处理工艺中淬火温度为1070-1090℃，保温30~35min，三次回火处理温度是540℃-560℃，保温1.5-3.5 h。每次回火前都需一次冷处理，冷处理温度为-75℃~-65℃，保温2h~3h；真空气淬加热前真空度低于5×10^-2Pa。

进一步地，，所述步骤三中，吸收层采用型号为2100FRTV型黑胶带、黑漆或铝箔中的任意一种，粘贴吸收层要求紧密贴合工件、无气泡、无杂质等。

进一步地，所述步骤四中，用1.974GW/cm²-3.333GW/cm²的激光功率密度来大面积冲击试样表面，水膜厚度为1-2mm。

进一步地，所述步骤四中，激光器能量分布采用平顶分布，光斑为4mm×4mm方形光斑，光斑采用50%-75%搭接率。