摘要：用L9(34)正交试验法研究35CrMo旋转接头激光相变硬化工艺参数优化组合，分析了旋转接头激光相变硬化方法。试验结果表明：激光相变硬化层硬度比渗氮淬火提高了30%，耐磨性提高了1倍，表面残余应力为压应力;满足了旋转接头工作要求，为改进旋转接头表面处理方法提供了依据。
关键词：金属学与金属工艺;激光相变硬化;试验;硬度;耐磨性;残余应力;旋转接头
0引言
为了提高35CrMo旋转接头的硬度、耐磨性，延长旋转接头的寿命，在实际生产中须对旋转接头进行硬化处理。传统的处理方法常用渗氮淬火，淬硬层深度为0.3mm，能达到显微硬度为HV600左右。由于激光相变硬化具有加热速度快、热影响区小、变形小、淬火硬度高等优点[1]，在工业中获得了广泛应用。而激光功率P、光斑直径D和扫描速度V等参数直接影响着激光相变硬化表面性能。下面探讨了用激光相变硬化的试验方法，测定淬硬层表面的显微硬度、耐磨性和残余应力，并与渗氮淬火性能进行对比，以期为35CrMo旋转接头的激光相变硬化提供改进依据。
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1试件制备
试样材料是35CrMo，其化学成分及机械性能如表1所示[2]。试样尺寸为30mm×20mm×10mm。
试验选取的激光功率P为0.8～1.5kW;光斑直径D为3～4mm;激光扫描速度V为15～25mm/s;入射角为λ=0°。
2试验方法
2.1激光工作参数选择
为了寻求理想的激光强化工艺参数，在对试件作初步试验观察处理后，根据正交表选用原则[3]，以激光功率P、光斑直径D、扫描速度V为主要元素安排L9(34)正交试验，其中一列参数赋闲，因素水平的确定、试验安排及试验结果如表2所示。由极差法分析可以看出,激光工作参数P、D和V对材料表面硬度及硬化层深度都有影响，根据影响程度可选的激光工作参数组合方案为P3-V1-D2和两种P3-V2-D2组合方案。考虑到显微硬度和表面质量，选择P3-V2-D2方案进行试验，即激光功率P=1500W、光斑直径D=3.5mm、扫描速度V=20mm/s。
2.2试验方案
淬火前对试样表面用86-1型黑色涂料涂覆，厚度约为0.1mm，用优化后的参数在NEL2500A轴向快速流动工业CO2激光器上进行激光相变硬化实验，激光器输出模式为TEM01，沿试样长度方向进行单道扫描加热，冷却方式为自冷。经激光处理的试样从中间切开，制成金相试样。使用HVS-1000型数字显微硬度计测量硬化带深度及沿深度方向的硬度值，用MM200磨损试验机进行耐磨性比较实验，用X-350A残余应力测试仪进行残余应力测定。
3试验结果分析
3.1显微硬度
用HVS-1000型数字显微硬度计测量硬化带深度及沿深度方向的硬度值,结果如图1所示。由图1硬度分布曲线可知：激光相变硬化层深度约为0.6mm，表面硬度约为786HV，且硬化层的硬度分布几乎无变化梯度;而渗氮淬火硬化层深度约为0.3mm，表面硬度约为600HV。激光相变硬化获得高硬度的主要原因为[1]：一是获得晶粒极细的马氏体;二是淬硬层中位错密度很高;三是表层形成压应力。
3.2耐磨性能
用MM200磨损试验机对两个不同方法淬火试样进行耐磨性比较实验。试验选取磨块为20CrMnTi，其硬度为990HV，在室温、无润滑的干摩擦条件下进行，时间为2h。试验每0.5h测量1次磨损量，绘制成图2。
由图2可知，随着磨损时间的增加，渗氮淬火试样的磨损量急剧增大，而激光相变硬化试样的磨损量变化不大。这是由于渗氮淬火的硬度分布自表面到内部有明显的硬度下降，表面硬度高，其耐磨性好，但随着零件工作时的正常磨损，硬度明显下降，随之耐磨性下降，直至零件失效。激光相变硬化层沿深度方向几乎无硬度变化，随着零件工作时的正常磨损，表面硬化层虽然被磨去，新的摩擦接触面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好。因此，不会发生磨损随之加剧的现象，故大大提高了旋转接头的耐磨性能。
3.3残余应力
35CrMo钢经激光相变强化、渗氮淬火处理后，用X-350A残余应力测试仪对表面残余应力测试结果如图3所示。激光相变硬化处理区的表面残余应力最大值为-232MPa，残余应力的影响深度达0.6mm，且硬化区残余应力均为压应力。
5结论
采用不同的喷焊材料，控制不同的喷焊工艺参数，可以得到不同的强化效果。以提高刀具耐磨性和自刃性为目的，通过改进喷焊材料配比，以及喷焊工艺规范，延长了根茬粉碎刀具的使用寿命，其改进的工艺规范为：喷焊材料配比为Ni60+35%WC，预热温度为450℃，乙炔流量为1000L/h，喷涂距离为20mm。——论文作者：骆有东
