激光处理冷轧Q23540Cr干摩擦试验研究.pdf

第六届全回表面工程学术会议 兰州 2006年8月 激光处理冷轧Q235／40Cr干摩擦试验研究 陈卓君1’2张祖立陈中玉 (1沈阳农业大学农业机械工程学院辽宁，沈阳110161，2沈阳理工大学汽车与交通 学院，辽宁，沈阳110168) 激光硬化区金相组织及成分并观察金表面磨损形貌，采用Cml超显微硬度计测量激光强化区断 面的显微硬度。通过40Cr与冷轧Q235配副干摩擦试验可以得到试验结果，与淬火40Cr配副 率最大，淬火的40Cr平均磨损速率是激光处理的2。3倍。40Cr磨损为磨粒磨损并有微裂纹 产生，Q235以磨粒磨损为主，表面产生较深的犁沟。经激光硬化处理后40Cr的耐磨性要优 于正常淬火40Cr的耐磨性。 关键词：激光处理，耐磨，40Cr钢 激光表面处理一直在工业生产中得到广泛的应用。由于激光具有很高的能量密度，对材料表 面性能和组织结构具有明显的影响。通过激光对40Cr处理可以发现激光硬化区的颗粒尺寸比以前 更加细化，同时表面硬度和耐磨性性也得到进一步的提高。激光功率对材料的硬度有很大影响， 硬化层的深度随激光功率的增加而加大，但是随扫描速度的增加而减少，同时随光斑直径的增大而 减少。40Cr是常用的农业机械零件材料，与产生磨擦磨损，因此磨损较为严重。对其表面采用较 好的处理方法可以提高其使用寿命。使40Cr钢有较高的淬透性和回火稳定性。40Cr钢一般采用常 规淬火，淬火温度一般在900C时，虽然淬火硬度达到极大值，但是由于奥氏体晶粒粗大。通过激 光对40Cr材料进一步的实验研究，以确定最佳的激光处理参数，为40Cr的加工提供新的工艺及新 方法。 1实验过程 激光器采用功率为5000WC02横流式激光器。激光扫描速度15mm／s，光斑直径3mm；功率分 原始组织为球状和片状珠光体。试件激光处理前采用其表面涂层采用Si02进行涂覆，以便更好地 吸收激光能量。试件激光强化后，切开断面，磨光，然后使用4％硝酸酒精溶液浸蚀。使用S．360 型扫描电镜观察金相组织及成分，采用C}Ⅸ一1超显微硬度计测量激光强化区的断面的显微硬度。 经激光强化后的试件在MPX--2000盘销式摩擦磨损实验机上进行干摩擦实验，与其进行配副的为 用S．360型扫描电镜观察金表面磨损形貌同时用能谱对磨擦表面成分进行分析。40Cr采用常规热处 理时，淬火温度为870℃，保温5分钟，然后回火，回火温度为250。C，保温1小时，其显微硬度 擦状态下磨损量与载荷之间关系曲线。从图1看到，Q235与正常淬火的40Cr干摩擦时，开 始时磨损量很大，经过一段时间后，其磨损量随载荷的增大而减少。这是因为，在摩擦开始 时，摩擦表面的粗糙度都很大，摩擦表面产生大量的磨屑。当载荷增加，摩擦力加大，表面 粗糙度减少，接触面温度上升，Q235产生相变硬化，接触表面硬度增加，其磨损量减少， 第六届全目表面工程学术会议 兰，Il 2006年8月 或接触面积增加，单位压力减少，摩擦力下降，表面温度降低，磨损减少。而经过激光淬火 理的表面与Q235表面的硬度差较大，导致Q235表面磨损量加大。图2显示出经过正常淬 火400r随载荷的增加而减少，这主要与摩擦表面的粗糙度有关。而激光淬火的40Cr基本上 不受载荷的影响。但是，经激光功率1400W处理的表面比1000W处理的表面磨损量要大。 这是因为，激光功率大，表面容易产生过熔现象，造成表面粗糙度加大，在摩擦初期，磨损 量较大。但在摩擦后期，随表面粗糙度下降，内层马氏体细化，碳化物分布均匀，其磨损量 下降。图3和图4分别表明磨损量与滑动距离的关系。图中显示无论是40Cr还是Q235其 磨损量都随滑动距离的增加而加大。并且，经过激光处理的表面其磨损量都比正常淬火的小。 激光处理表面比正常淬火处理表面磨损量小的原因，一方面是由于表面粗糙度小，另一方面， 激光处理的表面组织细化，碳化物分布均匀，表面硬度高，抗磨粒磨损和粘着磨损能力高。 ’ 一 卿 辑