铬钼铜灰铸铁阀座激光相变硬化工艺试验

1、#工艺#铬钼铜灰铸铁阀座激光相变硬化工艺试验大连理工大学长春汽车材料研究所采用激光对阀座配合面进行表面强化处理在国内外均有报道,其中认为采用激光合金化和熔覆处理的效果比较好。作者曾采用上述两种方法进行试验,结果发现其表面粗糙度高、尺寸精度差,而且工艺比较复杂,尚须对配合面进行切削加工。因此,本试验决定采用激光相变硬化方法处理低合金铸铁阀座,以获得耐磨性好、经济效益显著的产品,使其适用于汽车发动机的进气阀座和排气温度不高的排气阀座。丛家瑞应善强夏允良金胜烂曹月君10.6Lm,输出功率05kW,低阶模式。1.2试验方案由于阀座的体积小,倒角处又为145b的棱面,蓄热能力差,所以当激光在棱面上扫描时

2、,它很容易吸热升温乃至熔化。我们希望的是硬化层的深度大,而又不出现表面熔化的现象,但同时满足这两方面是困难的。因为只有出现表面熔化现象,才能产生足够的热量渗入热影响区,从而增大硬化层的深度。本试验的目的是探索出表面不产生熔化而又能达到最大硬化层深度的工艺参数。影响相变硬化层宽度和深度的工艺参数主要有功率密度和扫描速度。试验的程序是:首先在固定扫描速度的基础上改变功率密度,以观察阀座倒角处熔凝层和相变硬化层的深度和宽度;其次在固定功率密度的条件下,摸索扫描速度的影响;测定相变硬化层的显微硬度分布。1试验过程试验件是已经加工好的、经过145b倒1.1试验条件角的阀座。其材料的化学成分为3.3%C、

3、1.9%Si、0.6%Mn、0.25%Cr、0.4%Mo、0.5%Cu、P<0.07%、S<0.12%。此材料具有较好的抗回火性,经试验其550e回火硬度为40HRC,金相组织为细珠光体+片状石墨+铁素体+少量磷共晶,铸态硬度为29HRC。使用HJ-4型CO2激光器,激光波长2试验结果试验结果见表1。从试验结果可以看出,2.1功率密度的影响表1样激光功率号1234567891011P(W)600630575535450425400500600800900离焦量扫描速度光斑直径5(mm)3.23.23.23.23.23.24.54.54.54.54.5功率密度(W/cm)750078

4、757188668856255312251031403770503056602L(mm/s)V(mm/s)4802248022480224802248022480225102751027510275102751027熔凝层(mm)宽度深度1.440.151.470.151.430.121.450.111.450.101.440.10000000000.02相变硬化层(mm)宽度深度0.250.220.220.180.170.170.910.081.260.211.600.253.080.493.220.53)试件16是在同样扫描速度和光斑直径的条件下,通过改变功率而改变功率密度。随着功率密度的

5、增大,熔凝层和相变层的深度变大,在5300W/cm2的情况下都有熔凝层出现。试件711是在增大光斑尺寸的基础上使功率密度Q<5100W/cm,可得到无熔凝层试件。因此,功率密度是决定是否出现熔凝层和相变硬化层深度的主要因素。离焦量的改变对激光束的光斑大小有直接的影响,进而影响到功率密度的变化。当试验固定功率为400W,扫描速度为27mm/s的条件下,改变离焦量的影响见表2。由表2可见,随着离焦量的增大,光斑的表2样功率离焦量扫描速度功率密度直径相应变大,在功率不变的情况下功率密度降低,使得相变硬化层的宽度和深度减小。因此,对阀座的激光相变硬化处理是以较大的光斑直径和低功率密度为好。2.2

6、扫描速度的影响试验功率为400W,离焦量为510mm,做改变扫描速度的试验,其结果见表3。由表3可看出,扫描速度的影响是很显著的。当扫描速度减慢时,相变硬化层的深度和宽度都随之增大。当扫描速度为18.5mm/s时,出现熔凝层。2.3相变硬化层的组织与显微硬度适当选择功率、扫描速度、离焦量等工艺参数时,可以得到无熔凝层且有较深相变硬化层的试件,其组织为片状石墨+马氏体+残余奥氏体。对相变硬化层做显微硬度分析,其结果见附图。可见,相变硬化区硬度值较高,而且其硬度分布较均匀,显微硬度700950HV。相变硬化层号(W)(mm)V(mm/s)5(mm)(W/cm2)宽度(mm)(mm)74001740

7、018400194002040051050049048047027272727274.54.03.63.22.8251631843931497564990.910.981.261.541.960.0840.1960.2800.3500.450表3样12137141516功率400400400400400400离焦量510510510510510510扫描速度V(mm/s)53.037.027.024.021.518.5光斑直径5(mm)4.54.54.54.54.54.5功率密度相变硬化层宽度(mm)00.0420.0840.2800.560号P(W)L(mm)Q(W/cm)宽度(mm)25160251625162516251625160.700.911.262.66出现熔凝层附图3结论c.激光扫描速度对熔凝层和相变硬化层的深度也有显著的影响,扫描速度越慢,深度越大。d.通过对功率、离焦量、扫描速度等工艺参数的优化组合,可以得到较深和较宽的相变硬化层(无熔凝层)。采用低功率、大光斑和较小的扫描速度,与阀座硬化面的几何形状有关。1996年1月20日收稿(责任编辑方舟)a.低合金灰铸铁阀座