[发明专利]一种引入激光冲击强化的内球笼的复合锻造成形工艺

摘要

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种引入激光冲击强化的内球笼的复合锻造成形工艺。在锻件的温‑冷成形工艺上的基础上引入激光冲击强化作用于锻件金属流动剧烈变形部位等易产生疲劳失效的特定区域，且其作用时间位于温锻完成之后的退火时间区间内。激光冲击波产生的冲击力场在锻件表面引起的塑性变形，通过与退火中温度场的复合效应，不仅促使片状碳化物的加速熔断以提高退火的效果，也在消除锻造应力方面相互增益，从而有效改善锻件性能和细化其组织，得到了更高质量的内球笼锻件。

主权项

1.一种引入激光冲击强化的内球笼的复合锻造成形工艺，其特征在于：在退火保温阶段的最后引入激光冲击强化，激光冲击波产生的冲击力场在锻件表面引起的塑性变形，通过与退火中温度场的复合效应，不仅促使片状碳化物的加速熔断以提高退火的效果，也在消除锻造应力方面相互增益，从而有效改善锻件性能和细化其组织，得到了更高质量的内球笼锻件，具体步骤如下：(1)下料，通过高速圆盘锯将圆棒钢材锯切为圆柱状坯料；(2)抛丸，使用履带式抛丸机去除坯料表面的毛刺和锈斑，并为下道石墨涂层工序做好表面处理准备；(3)坯料预热与石墨涂层，采用预热电炉将坯料加热，然后用手动喷枪对其表面喷涂，形成的一层石墨薄膜可以在锻造中有效地起到隔离与润滑的作用；(4)中频感应加热，采用中频感应炉将坯料加热；(5)三工步温锻成形，三工步分别是正挤压杆部、墩粗聚料、反挤杯部；(6)锻件完全退火，终锻后将锻件加热至其材料Ac3以上20℃～30℃，保温2‑4小时，并在其退火保温阶段的最后1小时内引入激光冲击强化，完成激光冲击强化之后随炉冷却后再出炉空冷；温锻件的退火范围要避开球化退火的温度范围，按照完全退火工艺规范，将其保温退火温度控制在材料Ac3以上20℃～30℃，保温时间为2‑4小时；引入大面积激光冲击强化时锻件温度需与保温温度一致，作用时间为保温阶段的最后1小时之内，激光冲击强化完成后再将锻件随炉缓慢冷却至500℃后出炉空冷；(7)锻件磷皂化处理，在锻件表面形成薄而且均匀的，吸附有皂化物的磷化层以满足冷精整的润滑要求；(8)锻件冷精整，得到形状和尺寸精确的成品；步骤(6)中，激光冲击强化作用于锻件锻造过程中金属流动剧烈变形等易产生疲劳失效的区域，利用激光冲击力场诱导的残余应力与退火保温时温度场的复合效应来提高退火的质量；其中激光冲击强化的区域为内球笼杯部与杆部的连接处、杆部的阶梯处锻造中金属剧烈变形区域易产生疲劳失效的区域，激光冲击参数为波长1054nm，脉冲能量10～30J，脉宽10ns～23ns，搭接率50％，光斑直径4mm～6mm，冲击次数2～3次，约束层0.3mm～1mm的水流层，吸收层为0.2mm～0.5mm的黑漆，激光扫描速度0.002m/s，且其工作环境为保温环境之中。