一種大型齒圈齒面激光淬火液氮冷卻方法
【專利摘要】本發明公開了一種大型齒圈齒面激光淬火液氮冷卻方法，利用He-Ne激光作為熱源，通過控制激光掃描速度可以精確控制淬火溫度；大齒圈表面吸收激光的能量，表面發生馬氏體相變；通過液氮冷卻，使表面殘余奧氏體全部轉變為馬氏體。采用本發明的技術方案用He-Ne激光對大齒圈表面進行淬火處理，然后用液氮進行冷卻，這樣減少激光熱變形的機會，提高了大齒圈表面精度，同時在液氮的激冷下，可以使大齒圈表面得到完全的馬氏體，解決了常規熱處理大齒圈的變形和精度不能保證的問題。提高了其使用壽命，具有很重要的工程應用價值。
【專利說明】一種大型齒圈齒面激光淬火液氮冷卻方法
【技術領域】[0001]本發明涉及材料表面改性處理【技術領域】，具體涉及到利用激光熱效應對直徑5-10m的超大型齒圈進行表面淬火，利用液氮進行超低溫冷卻，使激光淬火后表面組織全部轉達化為馬氏體，提高表面顯微硬度，提高超大型齒圈耐磨性能。
【背景技術】
[0002]超大型齒圈主要用于傳遞大型數控機床工作臺的回轉運動，精度一般控制在
0.001 mm，才能保證工作臺回轉精度和分度精度都控制在0.002 mm以內。現有技術中，超大型齒圈表面常采用高頻淬火處理，淬火處理后熱變形難于得到控制。

【發明內容】

[0003]本發明專利涉及的超大型齒圈材料為40CrNiMo鋼，屬于中碳Cr-N1-Mo系調質鋼，利用He-Ne激光的熱效應對其表面進行淬火處理,然后在液氮冷卻下,使其表面產生馬氏體相變。
[0004]—種大型齒圈齒面激光淬火液氮冷卻方法，利用He-Ne激光作為熱源,通過控制激光掃描速度可以精確控制淬火溫度；大齒圈表面吸收激光的能量，表面發生馬氏體相變；通過液氮冷卻，使表面殘余奧氏體全部轉變為馬氏體。
[0005]所述激光淬火后，齒圈齒面的表面顯微硬度為480-500HV。所述激光淬火后，齒圈齒面形成厚度為0.8"?.2mm的淬火層。
[0006]激光淬火、液氮冷卻后，表面硬度由調質處理時260HV-280HV提高到淬火后480-500HV。同時表面變形小，對粗糙度值影響為I匪，可以有效地控制大齒圈的變形和精度。
[0007]本專利申請中的技術方案提出了用He-Ne激光對大齒圈表面進行淬火處理，然后用液氮進行冷卻，這樣減少激光熱變形的機會，提高了大齒圈表面精度，同時在液氮的激冷下，可以使大齒圈表面得到完全的馬氏體，解決了常規熱處理大齒圈的變形和精度不能保證的問題。提高了其使用壽命，具有很重要的工程應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發明激光淬火和液氮冷卻的示意圖。
[0009]圖2a為調質處理后齒圈表面的金相組織的示意圖。
[0010]圖2b為激光淬火后齒圈表面的金相組織的不意圖。
[0011]圖3a為調質處理后齒圈表面的粗糖度的不意圖。
[0012]圖3b為激光洋火后齒圈表面的粗糖度的不意圖。
[0013]圖4a為調質處理后齒圈表面的斷面形貌不意圖。
[0014]圖4b為激光淬火后齒圈表面的斷面形貌示意圖。
[0015]圖5a為磨損試驗后調制處理的齒圈表面的表面形貌圖。[0016]圖5b為磨損試驗后經過激光淬火的齒圈表面形貌圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的一個優選的實施例做進一步的說明。
[0018]超大型齒圈材料為40CrNiMo鋼，其化學成分(質量分數，%):C 0.37-0.44, Si0.20-0.40，Mn 0.50-0.80，Cr 0.60-0.90，Mo 0.15-0.25，Ni 1.25-1.75，其余為 Fe 元素。超大型齒圈經粗車、調質處理、滾齒、磨齒、拋光后，用He-Ne激光對其表面進行淬火處理，激光工藝參數為:功率1.5kW，掃描速度6.5mm/s，光斑尺寸Φ4πιπι。
[0019]如圖1所示，激光淬火、液氮冷卻裝置包括激光發生裝置1，所述激光發生裝置I內包括He-Ne激光器2、光閥3、氣缸4，以及吸收池5。激光發生裝置產生的激光束6，照射于反光鏡7上，所述反光鏡7將激光束6改變方向，照射在聚焦鏡8上，聚焦鏡8底部安裝有調整套筒9，激光束通過調整套筒9照射在末端反光鏡10上，通過末端反光鏡10改變激光照射方向，照射在齒圈齒面11上，所述液氮儲存罐12提供液氮冷卻。
[0020]如圖2a所示，調質處理后40CrNiMo的組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，表面顯微硬度為260-280HV。如圖2b所示，激光淬火后表面組織馬氏體，表面顯微硬度提高到480-500HV。
[0021]如圖3a所示，調質處理后大型齒圈表面粗糙度Ra為35.lnm，激光淬火后表面粗糙度Ra為36.1nm ;如圖3b所示，激光淬火對表面粗糙度影響很小，這表明激光淬火后大齒圈的變形和精度得到了保證。
[0022]如圖4b所示，激光淬火后大型齒圈表面獲得Imm左右的淬火層。磨損試驗后，調質處理后大齒圈表面出現較深的磨痕，如圖5a所示；而激光淬火后大齒圈表面磨痕不明顯，如圖5b所示。調質處理后大型齒圈磨損失重為0.0279g,而激光淬火磨損失重為0.0035g,這表明激光淬火提高了大齒圈的耐磨性能。
【權利要求】
1.一種大型齒圈齒面激光淬火液氮冷卻方法，其特征在于:利用He-Ne激光作為熱源，通過控制激光掃描速度可以精確控制淬火溫度；大齒圈表面吸收激光的能量，表面發生馬氏體相變；通過液氮冷卻，使表面殘余奧氏體全部轉變為馬氏體。
2.根據權利要求1所述的大型齒圈齒面激光淬火液氮冷卻方法，其特征在于:所述激光淬火后，齒圈齒面的表面顯微硬度為480-500HV。
3.根據權利要求1所述的大型齒圈齒面激光淬火液氮冷卻方法，其特征在于:所述激光淬火后，齒圈 齒面形成厚度為0.8"?.2mm的淬火層。
【文檔編號】C21D1/613GK103572009SQ201210501950
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年11月30日 優先權日:2012年11月30日
【發明者】孔德軍, 付貴忠, 王文昌, 蔡金龍, 張壘, 葉存冬, 吳永忠, 龍丹 申請人:常州大學