专利名称：一种棒材热剪剪刃激光淬火制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冶金设备部件的制造方法，特别是涉及一种棒材热剪剪刃激光淬 火制造工艺，属于IPC国际专利分类表中的C21Dl/06(2006. 01) I技术领域。
背景技术：
棒材倍尺飞剪机是中小型线、棒材轧钢车间的关键设备之一。随着轧制品种的多 样化，从低速大断面轧制到高速小断面切分轧制，对飞剪的要求越来越高，尤其是飞剪剪 刃，其性能的优劣直接影响轧钢车间的生产率、成才率及定尺合格率。目前国内的热剪刃主 要是由整体高合金钢制造，为了追求耐冲击性能，而降低了硬度，造成工作热强度不足，高 温磨损性能差，导致使用寿命低。由于棒材连轧剪刃是在高温冲击，疲劳压剪等复杂负荷条件下工作，常规的热处 理工艺很难以兼顾强度与高温耐磨性，选择一种满足剪刃强度要求的材料并复合激光淬火 工艺是提剪刃使用寿命的有效方法。激光淬火工艺是目前较先进的一种局部表面硬化方法，激光淬火技术是利用聚焦 后的激光束照射到钢铁材料的表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于 仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬 层。淬硬层组织为马氏体，激光淬火造成组织细化，并形成大量马氏体，从而提高硬度，有效 抑制表层的磨损，从而增加工件的使用寿命并降低材料损耗。激光淬火工艺相对于感应加 热淬火的优点是加热速度快、淬火硬度高、工件变形小、淬火部位可控、不需淬火介质、生产 率高、无氧化、无污染。目前，利用激光淬火工艺制备设备部件局部表面硬化层的专利和报道很多例如，公开号为CN101109032的中国发明专利申请给出的《一种汽车模具激光淬火硬化 处理的工艺》，包括以下工艺过程A.用清洗剂去除加工工件表面油污；B.用刷子将SiO2K 光涂料均勻地涂在汽车模具表面，预涂厚度为0.02 0.05mm ;C.自然风干SiO2涂层；D.选 用高功率CO2激光器快速扫描涂有吸光涂层的汽车模具表面，使汽车模具表面实现快速加 热和冷却，激光功率P = 2000 5000W，扫描速度V = 200 800mm/min。公开号为CN101109034的中国发明专利申请给出的《铁路高速重轨激光淬火硬化 工艺》，包括(1)用汽油或酒精去油、去污溶剂去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨钢轨 表面进一步去除污物，以便于均勻喷涂吸光涂层。(2)用喷枪或刷子将与粘接剂混合好的 SiO2吸光涂料均勻地涂在钢轨表面，以提高金属表面对CO2激光的吸收率，涂料与粘接剂的 配比为80 IOOg Si02+500 600ml酒精+15ml漆片，预涂厚度为0. 02 0. 05mm。(3) 用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长X宽=30mmXlmm。(4) 用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描钢轨表面，使钢轨表面实现快速加热和冷却。公开号为CN101117654的中国发明专利申请给出的《机床导轨宽带激光淬火工 艺》，工艺过程包括A.用汽油或酒精去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨导轨表面进 一步去除油污以便于均勻味涂吸光涂层；B.用喷枪或刷子将与粘接剂混合物均勻好的SiO2吸光涂料均勻的涂在导轨表面，以提高金属表面对SiO2激光的吸收率，涂料与粘接剂的配 方为80-100gSi02+500-600ml酒精+15ml漆片，预涂厚度为0. 02-0. 05mm ；C.风干涂层；D、 用3-6KW横流CO2激光器对设置在激光数控加工机上的导轨以250-800mm/min的速度进行 扫描，使导轨表面的SO2涂层快速加热和快速冷却。现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光淬火工艺对部分特定的设备部件进 行局部表面硬化层处理，并通过配制适当的SiO2吸光涂料，提高了金属表面对CO2激光的吸 收率，克服了部件局部表面硬化层不均勻性的问题，取得一定的技术效果。但对其他特定的 设备部件，例如像棒材热剪剪刃这样的特殊结构，现有的激光淬火已明显不能适应。公开号为CN1580296的中国发明专利申请给出了一种《刀具及模具刃口激光淬 火硬化处理方法》，具体的步骤如下a.将待处理的刃口的某一刀面水平朝上放在机床工 作台平面上；b.在待处理表面上距刃口 10 且与刃口平行的范围内，均勻涂上激光 热处理吸光涂料；c.将激光束焦点调整到待处理表面上，使光束中心距刃口的垂直距离为 2. 6-3. 7mm ；d.激光束沿与刃口平行的方向在待处理平面上扫描加热。现有技术给出的上述技术方案虽表明激光淬火工艺同样适用对特定的刀具及模 具的刃口进行局部表面硬化处理，但仅涉及到机械加工所用各种刀具及模具的刃口，钢铁 冶金业中的轧钢设备上的棒材热剪剪刃能否采用上述技术方案进行局部表面硬化处理，则 无定论，仍需探讨和实验。上述技术方案还特别指出如果直接用聚焦激光光斑照射到刀具 及模具的刃口，刃口尖角极易熔化，会造成刀具及模具无法使用。经本申请人检索查证采用激光淬火工艺完成轧钢设备上的棒材热剪剪刃局部表 面硬化处理，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光淬火 工艺完成轧钢设备上的棒材热剪剪刃局部表面硬化处理的工艺方法，仍需所属领域的技术 人员进一步作出创造性的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术对棒材热剪剪刃局部表面硬化处理难的课题，通 过反复研究改进，给出了一种新的棒材热剪剪刃激光淬火制造工艺，该激光淬火制造工艺 利用高功率CO2激光器通过选取合适的的激光淬火硬化工艺参数，实现硬金化层和剪刃基 体的良好的冶金结合。本发明由于采用宽带光束模式不仅可以增加淬硬带的宽度，而且激 光束斑快速局部摆动可使硬化层表面温度的最高点快速变化，导致合硬化区中央区域的温 度梯度下降，硬化层组织和性能得到很好的改善。本发明给出的技术方案是这种棒材热剪剪刃激光淬火制造工艺，其特点是有以 下步骤(1)用汽油或酒精去油、去污溶剂去除剪刃表面油污和锈，然后用砂纸打磨剪刃表 面进一步去除污物，以便于均勻喷涂吸光涂层；(2)用喷枪或刷子将与粘接剂混合均勻好的SiO2吸光涂料均勻地涂在剪刃表面， 以提高金属表面对CO2激光的吸收率，其中涂料与粘接剂的配比为85 90g Si02+5 20 580ml酒精+12ml漆片，预涂厚度为0. 03 0. 04mm ；(3)风干涂层；(4)用DL-HL-5000型CO2激光器快速扫描涂有吸光涂层的剪刃表面，使剪刃表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下激光功率为2. 5 4. 5kff,用宽带积分镜技术将圆形光 斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长X宽= IOmmX Imm,搭接宽度为0. 5 1_，扫描速度V = 200 1000mm/min。与现有技术相比，本发明的有益效果是用该激光淬火制造工艺对剪刃进行激光 淬火硬化处理后，可得到厚度为0. 5 1mm，硬度为600-800HV的硬化层，可用特定普通材料 剪刃取代高合金剪刃，并提高使用寿命1倍以上，提高轧钢车间的生产率、成才率及定尺合 格率，从而降低生产成本。
具体实施例方式实施例一用汽油去油、去污溶剂去除剪刃表面油污和锈，然后用砂纸打磨剪刃表面进一步 去除污物，便于均勻喷涂吸光涂层；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合均勻的SiO2吸光涂 料均勻地涂在剪刃表面，以提高金属表面对CO2激光的吸收率，其中涂料与粘接剂的配比 为85g Si02+5 20ml酒精+12ml漆片，预涂厚度为0. 03mm ；待涂层风干后打开DL-HL-5000 型CO2激光器，快速扫描剪刃表面，使剪刃表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下 激光功率P = 2. 7kff,带宽尺寸为长X宽=IOmmX Imm,搭接宽度为0. 5mm,扫描速度V = 300mm/mino实施例二用酒精去油、去污溶剂去除剪刃表面油污和锈，然后用砂纸打磨剪刃表面进一步 去除污物，便于均勻喷涂吸光涂层；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合均勻的SiO2吸光涂 料均勻地涂在剪刃表面，以提高金属表面对CO2激光的吸收率，其中涂料与粘接剂的配比 为90g Si02+580ml酒精+12ml漆片，预涂厚度为0. 04mm ；待涂层风干后打开DL-HL-5000 型CO2激光器，快速扫描剪刃表面，使剪刃表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下激光功率P = 4. 5kW，带宽尺寸为长X宽=IOmmX 1mm，搭接宽度为0.7mm，扫描速 度 V = 500mm/mino
权利要求
1. 一种棒材热剪剪刃激光淬火制造工艺，有以下步骤(1)用汽油或酒精去油、去污溶剂去除剪刃表面油污和锈，然后用砂纸打磨剪刃表面进 一步去除污物，以便于均勻喷涂吸光涂层；(2)用喷枪或刷子将与粘接剂混合均勻好的SiO2吸光涂料均勻地涂在剪刃表面，以提 高金属表面对(X)2激光的吸收率，(3)风干涂层；(4)用DL-HL-5000型(X)2激光器快速扫描涂有吸光涂层的剪刃表面，使剪刃表面实现 快速加热和冷却。其特征在于所述的涂料与粘接剂的配比为85 90g Si02+520 580ml酒精+12ml漆片，预涂厚度为0. 03 0. 04mm ； 激光淬火的工艺参数如下 激光功率为2. 5 4. 5kff,用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长X宽=IOmmXlmm, 搭接宽度为0. 5 1mm， 扫描速度 V = 200 1000mm/min。
全文摘要
一种棒材热剪剪刃激光淬火制造工艺，其特点是(1)除去剪刃表面油污和锈，打磨剪刃表面便于均匀喷涂吸光涂层；(2)将SiO2吸光涂料均匀地涂在剪刃表面，以提高金属表面对CO2激光的吸收率；(3)风干涂层；(4)用DL-HL-5000型CO2激光器快速扫描涂有吸光涂层的剪刃表面，使剪刃表面实现快速加热和冷却，其工艺参数激光功率为2.5～4.5kW，用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm，搭接宽度为0.5～1mm，扫描速度V＝200～1000mm/min。本发明选取合适激光淬火工艺，实现硬金化层和剪刃基体良好的冶金结合。
文档编号C21D9/00GK102094111SQ20091022078
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者唐金龙, 姚志雄, 杨佳才, 王文清, 闫玉杰, 陈海涛, 陶顺利 申请人:北京大陆天瑞激光工程技术有限公司