專利名稱：一種汽車覆蓋件模具表面激光淬火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車覆蓋件模具熱處理工藝，尤其涉及一種汽車覆蓋 件模具表面激光淬火工藝。
背景技術(shù)：
汽車覆蓋件模具是汽車生產(chǎn)的關(guān)鍵性設(shè)備，多數(shù)比較大，其表面 熱處理強(qiáng)化多采用表面淬火的方法，表面淬火的方法有火焰淬火、感 應(yīng)淬火和激光淬火。
火焰淬火按其使用的氣體不同可分為乙炔火焰淬火和丙烷火焰 淬火。采用丙烷火焰淬火可以跟水，用以減少模具變形和提高模具的硬度。
感應(yīng)淬火采用10 50kHz的超音頻加熱電源。它具有加熱層深的 優(yōu)點(diǎn)， 一般與表面硬度相同的淬硬層深度在2mm左右，缺點(diǎn)是變形大、 易開裂。
激光淬火是近幾年發(fā)展起來的表面淬火技術(shù)。它具有淬硬層薄、 硬度高、韌性好和位置確定等特點(diǎn)。其最大優(yōu)點(diǎn)是淬火后模具變形小， 可以重復(fù)幾次淬火，缺點(diǎn)是激光能量利用率低、淬硬層深度較淺，約 為0.5mm，界面處正好是激光回火軟化帶，極易萌生疲勞裂紋，淬火 質(zhì)量難以保證。中國專利CN101109032公開的一種名稱為"一種汽車 模具激光淬火硬化處理的工藝"的發(fā)明專利申請，該專利申請是汽車 模具表面激光淬火的典型工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高背景技術(shù)中激光淬火工藝的淬火質(zhì)量， 提出一種汽車覆蓋件模具表面激光淬火工藝，使其能提高工件表面淬 硬層深度和硬度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種汽車覆蓋件模 具表面激光淬火工藝，該工藝首先在模具表面涂覆一層涂層；然后利 用C02激光器發(fā)出的激光掃描涂有涂層的模具表面；最后清除模具表
面的涂層，其特征在于，所述涂層的涂料采用60 70%重量八1203顆粒、
10 22%重量Zr02顆粒和12 20%重量Si02顆粒，用涂料重量的20
50%水分散均勻后，涂覆在模具表面。
在上述方案中，所述涂層的的厚度可以為0.01 0.這M。
在上述方案中，所述涂層涂料的粒徑最好不大于l幽。
在上述方案中，所述C02激光器的功率可以為600 5000W。
在上述方案中，所述激光掃描速度最好為4 30MM/S。
本發(fā)明所述的激光淬火工藝是在急熱急冷過程中進(jìn)行的，通過具
有足夠功率密度的激光束的照射，快速加熱工件表面使其達(dá)到相變溫
度以上，工件材料內(nèi)部則保持冷卻狀態(tài)，在停止加熱后，由于熱傳導(dǎo)
使工件表面急速冷卻，從而達(dá)到淬火目的，獲得傳統(tǒng)方法無法得到的
組織性能，如晶粒細(xì)化、高位錯密度等，從而較之傳統(tǒng)熱處理方法具
有更高的表面硬度和耐磨性，模具壽命提高一倍以上。
尤其是本發(fā)明采用特殊的涂層，涂層涂料的粒徑與C02激光器的
激光波長相匹配，提高了激光能量利用率和工件表面淬硬層深度，激 光利用率比傳統(tǒng)吸光劑高30%，激光淬火層表面硬度均勻(士服C2)，淬火層達(dá)0.8-1.8mm。從而大幅提高工件表面機(jī)械性能，使激光硬化 層硬度提高，耐磨性得到提升，尤其是疲勞抗力具有極大的提高。因 工件在疲勞載荷作用下，次表面(距表面約0.5mra)處應(yīng)力最大，而傳 統(tǒng)涂料的激光淬火層深約為0. 5腿，界面處正好是激光回火軟化帶， 極易萌生疲勞裂紋。
經(jīng)申請人多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用本發(fā)明所述的激光淬火工藝處理后的 工件表面，磨、車削刀紋有明顯的減輕或消失。
另外，由于本發(fā)明采用涂層選用熔點(diǎn)較高的Al必,和Zr02，經(jīng)激 光掃描后與基材無粘結(jié)現(xiàn)象，激光淬火后，容易去除，且淬火層表面 呈光亮狀態(tài)。該涂層涂料刷涂、噴涂工藝性極佳，涂層均勻，對工件 表面狀態(tài)無嚴(yán)格要求。
綜上所述，本發(fā)明所述的激光淬火工藝可替代傳統(tǒng)高頻/中頻淬 火、火焰表面淬火等工藝，獲得毫米級深的淬硬層，淬硬層硬度高且 均勻、工藝重復(fù)性好，工件保持高的壓應(yīng)力狀態(tài)，可廣泛應(yīng)用于冶金、 化工和重型機(jī)械裝備等領(lǐng)域，顯著提高工件的使用壽命。適合于多種 材料制備模具的激光表面淬火，如45ft、 40Cr、空冷鋼、Crl2系列模 具、SKDll、灰鐵、球鐵等。


圖1是兩種涂料在不同掃描速度下的淬火層深曲線對比圖。 圖2兩種涂層激光淬硬層硬度分布曲線對比圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:釆用45ft中碳鋼為基材，進(jìn)行激光淬火試驗(yàn)。本實(shí)施例首先在基材表面涂覆一層厚度為0.01MM涂層；然后利
用功率1800W的C02激光器發(fā)出的激光掃描涂有涂層的模具表面，光 斑尺寸1X15麗，掃描速度4麗/S;最后清除基材表面的涂層。淬火 層深1. 8mm，淬火層硬度HRC56。
上述涂層的涂料采用60份重量AU):i顆粒、20份重量Zr02顆粒 和20份重量SiO,顆粒，用上述涂料重量的20 50%水分散均勻后， 噴涂在基材表面。所述Al必i顆粒、Zr02顆粒和Si02顆粒的粒徑不大 于l幽。
實(shí)施例2:采用40Cr中碳鋼為基材，進(jìn)行激光淬火試驗(yàn)。 本實(shí)施例的工藝流程和激光器與實(shí)施例1相同，不同之處在于， 在基材表面涂層的厚度為0. 1MM;激光掃描速度為6MM/S;涂層的涂 料采用70份重量Al":,顆粒、10份重量ZiU顆粒和20份重量Si02 顆粒，用上述涂料重量的20 50%水分散均勻后，噴涂在基材表面。 淬火層深1. 4mm，淬火層硬度服C58。
實(shí)施例3:采用Crl2MoV為基材，進(jìn)行激光淬火試驗(yàn)。 本實(shí)施例的工藝流程和激光器與實(shí)施例1相同，不同之處在于， 在基材表面涂層的厚度為0.02MM;激光掃描速度為10MM/S;涂層的 涂料采用70份重量A1A顆粒、18份重量Zr02顆粒和12份重量Si02 顆粒，用上述涂料重量的20 50%水分散均勻后，噴涂在基材表面。 淬火層深0.8mm，淬火層硬度服C56。
實(shí)施例4:采用QT550為基材，進(jìn)行激光淬火試驗(yàn)。 本實(shí)施例的工藝流程和激光器與實(shí)施例1相同，不同之處在于， 在基材表面涂層的厚度為0.05M;激光掃描速度為8醒/S;涂層的涂料采用70份重量A:U0:,顆粒、10份重量Zr02顆粒和20份重量Si02 顆粒，用上述涂料重量的20 50。/。水分散均勻后，噴涂在基材表面。 淬火層深O. 8mm，淬火層硬度HRC55。
實(shí)施例4:采用SKD11為基材，進(jìn)行激光淬火試驗(yàn)。 本實(shí)施例的工藝流程和激光器與實(shí)施例1相同，不同之處在于， 在基材表面涂層的厚度為0. 04薩；激光掃描速度為6匿/S;涂層的涂 料采用70份重量A1A顆粒、20份重量ZrU顆粒和10份重量Si02 顆粒，用上述涂料重量的20 50%水分散均勻后，噴涂在基材表面。 淬火層深0. 9mm，淬火層硬度服C57。
實(shí)施例5:利用本發(fā)明涂層涂料和傳統(tǒng)微米涂料進(jìn)行激光淬火處
理后淬火層深對比試驗(yàn)
本實(shí)施例首先在基材表面涂覆一層厚度為0. 02MM的Si02涂層； 然后利用功率1800W的C02激光器發(fā)出的激光掃描涂有涂層的模具表 面，光斑尺寸1X15醒，掃描速度6匿/S;最后清除基材表面的涂層。
激光功率1800W，光斑尺寸1X15咖，三種掃描速度下(4， 6， 10mm/s下)，對應(yīng)的淬火層深。從圖1中看出，在同樣激光淬火參數(shù) 下，本發(fā)明涂料的淬火層深明顯大于傳統(tǒng)Si(V凃料。在保證相同淬硬 層深的前提下，本發(fā)明涂料的淬火效率明顯提高。
激光淬火試樣橫斷面顯微硬度分布。從圖2中看出，硬度從表面 測定到基材未淬火區(qū)。在同等激光工藝前提下，新型亞微米涂料淬火 層的顯微硬度明顯大于傳統(tǒng)微米涂料，淬硬層深度也顯著大于傳統(tǒng)微 米涂料。
權(quán)利要求
1、一種汽車覆蓋件模具表面激光淬火工藝，該工藝首先在模具表面涂覆一層涂層；然后利用CO2激光器發(fā)出的激光掃描涂有涂層的模具表面，最后清除模具表面的涂層，其特征在于，所述涂層的涂料采用60～70％重量Al2O3顆粒、10～22％重量ZrO2顆粒和12～20％重量SiO2顆粒，用涂料重量的20～50％水分散均勻后，涂覆在模具表面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車覆蓋件模具表面激光淬火工 藝，其特征在于，所述涂層的的厚度為0.01 0. 1MM。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車覆蓋件模具表面激光淬火工 藝，其特征在于，所述涂層涂料的粒徑不大于l幽。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的一種汽車覆蓋件 模具表面激光淬火工藝，其特征在于，所述C02激光器的功率為600 5000Wo
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的一種汽車覆蓋件 模具表面激光淬火工藝，其特征在于，所述激光掃描速度為4 3圓/S。
全文摘要
一種汽車覆蓋件模具表面激光淬火工藝，該工藝首先在模具表面涂覆一層涂層；然后利用CO₂激光器發(fā)出的激光掃描涂有涂層的模具表面，最后清除模具表面的涂層，其特征在于，所述涂層的涂料采用60～70％重量Al₂O₃顆粒、10～22％重量ZrO₂顆粒和12～20％重量SiO₂顆粒，用涂料重量的20～50％水分散均勻后，涂覆在模具表面。本發(fā)明所述的激光淬火工藝可替代傳統(tǒng)高頻/中頻淬火、火焰表面淬火等工藝，獲得毫米級深的淬硬層，淬硬層硬度高且均勻、工藝重復(fù)性好，工件保持高的壓應(yīng)力狀態(tài)，可廣泛應(yīng)用于冶金、化工和重型機(jī)械裝備等領(lǐng)域，顯著提高工件的使用壽命。
文檔編號C21D1/09GK101665862SQ200910272370
公開日2010年3月10日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者馮書云, 吳會成, 王愛華, 莫衡陽, 連俊君 申請人:武漢華工激光成套設(shè)備有限公司