專利名稱：：一種延長鏈篦機關鍵零部件壽命的復合處理方法
技術領域：
：本發明涉及機械制造與材料處理加工應用
技術領域：
，特指一種延長鏈篦機關鍵零部件使用壽命的復合處理方法，尤其適用于大面積大厚度梯度鏈篦機關鍵件材料的表面機械性能改性。
背景技術：
：在先進制造技術中，激光沖擊加工技術作為高能束的典型代表，是一種具有良好前景的加工手段，其原理是高能量短脈沖激光誘導的沖擊波與材料相互作用，利用強激光與物質作用所產生的高壓沖擊波來改善材料的機械性能，尤其是疲勞壽命。這一技術己在機械工程、船舶、航空、微電子等各行各業中得到了廣泛應用，目前該技術主要用于材料改性、金屬沖擊強化和成形，以及無損檢測等方面。"QPQ"鹽熔復合處理工藝是一種新的金屬鹽熔表面強化改性技術，"QPQ"是英文"Quench一Pdish—Quench"的縮寫，意為淬火一拋光一淬火。QPQ技術是金屬表面處理領域內的高新技術，可以同時使金屬表面的耐磨性和抗蝕性比常規熱處理和表面防腐技術成十倍的提高，金屬在兩種不同性質的低溫熔融鹽熔液中作復合處理，先使多種元素同時滲入金屬表面形成由幾種化合物組成的復合滲層，以使金屬表面得到強化改性，而且全工藝過程無公害，這種處理技術與提高耐磨性的熱處理技術和提高抗蝕性的單一表面防護技術相比，它可以同時大幅度地提高金屬表面的耐磨性和抗蝕性，單一熱處理技術或表面防護技術是無法同時達到這兩個要求。鏈篦機在從常溫到高溫的環境中往復運行工作時，與常溫下工作的設備在設計方面要求不同。鏈篦機關鍵件篦床與傳輸機構零部件在交變溫度場中循環往復運行，由于溫度場的作用，對相關零件設計時對膨脹、應力問題要足夠重視。鏈篦機中的小軸、滑軌等關鍵零部件是易損件，其主要失效形式是磨損失效，鏈節、篦板、側板的失效形式是熱振疲勞破壞。其運行過程中溫度在2090(TC范圍內急劇變化，引起熱應力和熱應變的產生和變化，每循環工作一個周期，工件各處都因熱應力的作用經受一次壓縮和拉伸塑性變形。在這種激冷激熱環境中，零部件內部存在的細小裂紋、夾雜、偏析等缺陷，在循環應力作用下，很容易發展為裂紋。本發明技術將這些鏈篦機關鍵件材料經過QPQ處理后再對其表面激光沖擊加工，使得這些鏈篦機關鍵件材料具有高耐磨性、抗蝕性、抗應力腐蝕性能，且大大提高了疲勞壽命。
發明內容本發明的目的是綜合解決鏈篦機關鍵件材料的表面機械性能改性難題。一種延長鏈篦機關鍵零部件使用壽命的復合處理方法與裝置，利用QPQ鹽浴復合技術提高鏈篦機關鍵件表面的耐磨性和抗腐蝕性，再利用激光沖擊產生的高幅值殘余壓應力層，有效地改善鏈篦機關鍵件的機械性能，特別能大幅度提高材料的疲勞壽命、抗應力腐蝕性能。這種技術克服了單一表面處理方法的缺點，且不是兩種處理的簡單疊加，采用這種復合處理技術，實現了鏈篦機關鍵零部件滲氮工序與氧化工序的復合；抗耐磨性和抗蝕性的復合；熱處理技術和冷處理技術的復合。本發明提供了用來復合處理技術延長鏈篦機關鍵件壽命的裝置，該裝置由QPQ裝置、激光沖擊強化裝置、無損檢測裝置組合而成，激光強化裝置由依次相連的激光發生器控制裝置、激光發生器、多軸復合運動的工作平臺組成。一種延長鏈篦機關鍵零部件壽命的復合處理方法，其特征在于-(1)本發明在復合處理前后在鏈篦機關鍵件材料處理部位都進行表面無損檢測，無損檢測傳感器通過誤差分離的方法檢測材料表面信號，信號中包括工件的粗糙度、硬度、裂紋、不均勻度等各種表面缺陷信息，這樣既能精確定位復合處理部位，而且能有效節約資源和能源，顯著降低生產成本；(2)本發明方法的QPQ處理中，針對表面無損檢測出的鏈篦機零件的表面缺陷，局部范圍內有針對的QPQ處理，而不是大面積整個零件QPQ處理，在QPQ復合處理過程中，根據工件材質和服役條件來選定溫度、保溫時間和成分的控制指標、工件出爐的冷卻方式。對于工件截面厚薄懸殊，尺寸變化要求等情況下需要對其預熱、氮碳或硫氮碳共滲、后氧化處理、拋光及再次氧化工序；(3)激光沖擊處理時，先在工件表面涂覆黑漆涂層，用水做保護層，對工件易疲勞斷裂區域特別是應力集中區域進行激光沖擊處理。在激光沖擊波的高壓作用下，金屬表面發生微塑性變形，形成高幅值殘余壓應力層，從而有效地改善了金屬材料的機械性能，特別能大幅度提高材料的疲勞壽命、抗應力腐蝕性能。本發明充分結合了QPQ工藝和激光沖擊工藝的特點，QPQ工藝能適用于大面積大厚度梯度材料的表面強化改性，是典型的熱處理技術；而激光沖擊過程中時間特別短(20ns)應變率高(10Y1)，是高應變率冷塑性強化變形技術，特別適用于工件的易疲勞斷裂區域，特別是應力集中區域表面強化改性，將這兩者結合起來，可以對金屬材料進行全方位綜合表面改性強化，是金屬表面改性熱處理技術和冷處理技術的完美結合。本發明表面處理方法的創新，最重要的是經過復合處理后，鏈篦機關鍵件表層形成高幅殘余壓應力，這種殘余壓應力是零件在先經過QPQ工藝處理，再激光沖擊而產生的低溫殘余應力，且這種殘余壓應力不會在后續熱處理過程中釋放，而常規QPQ熱處理或者單純激光沖擊處理會使關鍵件表層殘余壓應力在后續加工過程中很快產生熱應力釋放，這種復合處理方法不僅僅是兩種表面處理方法的簡單疊加，而是通過工藝的優化使得鏈篦機關鍵件表面應力能很好穩定在鏈篦機關鍵件表層，這是本發明方法最大的特點。這項技術不僅可以應用于球團鏈篦機的關鍵零部件的復合處理，還可以用于要求高耐磨、抗高蝕、易疲勞、微變形的各種鋼、鐵及鐵基粉末冶金零件。它常常用來代替滲碳淬火、高頻淬火、離子滲氮、軟氮化等熱處理和表面強化技術，以提高耐磨、耐疲勞性能，特別是用來解決硬化變形難題。同樣，也可用來代替發藍、鍍鉻、鍍鎳等表面防護，以便大幅度提高零件的抗蝕性，大大降低生產成本。進一步推廣該技術可以應用在汽車、機床、工程機械、農業機械、海上石油開采、化學工程機械、紡織機械、儀表、機床、軍械、模具加工等行業。本發明的優點如下(1)該方法產生殘余應力屬于低溫殘余應力，激光沖擊形成的殘余應力層深度比機械噴丸深約IO倍左右，其殘余應力在球團鏈篦機運行過程中不易產生熱應力釋放。(2)可滿足工件的多種性能要求這種復合處理方法不僅能對球團鏈篦機的關鍵零部件表面強化改性處理，而且適用于于球團鏈篦機其它結構件，提高工件耐磨性、減摩性、抗咬合性、抗疲勞性及耐腐蝕性，所以工件的疲勞壽命大大提高。(3)該復合處理后材料表面的變形很小，不影響材料心部性能。QPQ處理溫度低(52058(TC)，激光沖擊金屬表面時，由于激光沖擊的時間極短(ns量級)，工件幾乎沒有受到熱影響，其表面溫度僅在12(TC左右，故激光沖擊處理主要是利用其高壓力學效應而非熱效應，從而可將激光沖擊處理工藝歸為冷加工工藝。復合處理后工件基本不變形、外觀均勻、美麗、可作為產品最終處理。(4)該復合處理技術簡單快捷、效率高，生產維護成本低處理時間短G0min5h)可實現連續化作業，保證了產品生產的高效率。(5)該復合處理技術環保性優異沒有任何污染。避免采用回爐、冶煉等回收方式時對環境的二次污染，是綠色的再制造。圖l復合處理工藝流程2復合處理鏈篦機鏈節實例1-激光光束2-激光沖擊裝置3-鏈節具體實施方式實施例先對鏈篦機鏈節表面無損檢測，在被測工件表面安裝兩個渦流傳感器，通過檢測出的傳感器信號確定零件表面力學性能的弱區，確定復合處理部位；QPQ工藝流程為除油—預熱(350°C)—QPQ氮化(520°C)—QPQ氧化(370°C)—拋光—冷卻—清洗。對于鏈篦機材料耐熱鋼30Cr21Mn8NiSi2NRe，經過QPQ工藝處理后，表面耐磨性達到常規淬火的23倍；經過QPQ工藝處理后，再激光沖擊激光沖擊鏈篦機鏈節，提高其抗熱疲勞性能。如圖2所示在采用激光沖擊強化過程中，當激光輸出波長為1.054pm，輸出激光的脈沖寬度(FWHM)為22.1ns，激光脈沖能量約為35J時，脈沖激光1經過光學鏡片2聚焦后，光斑匯聚在鏈篦機鏈節部位3處，經過激光沖擊強化(兩次激光沖擊)，再對其表面無損檢測，檢測其表面力學性能，并與處理前對比，發現鏈篦機鏈節熱疲勞壽命大大延長，裂紋萌生時的循環次數由原來的15000次循環延長到35000次左右，從而極大地提高了疲勞壽命。研究結果表明，這種復合強化后零件硬度顯著提高，其表面由殘余應力狀態由拉應力變為壓應力狀態，表明最大硬度提高幅度高達3倍，從而其疲勞壽命和耐磨性等性能顯著改善，這對改進鏈篦機關鍵零部件性能具有重要意義。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權利要求1.一種延長鏈篦機關鍵零部件壽命的復合處理方法，其特征在于(1)對鏈篦機關鍵件材料處理部位進行表面無損檢測；(2)針對表面無損檢測出的鏈篦機零件的表面缺陷，局部范圍內有針對的進行鹽熔復合處理；(3)激光沖擊處理時，先在工件表面涂覆黑漆涂層，用水做保護層，對工件易疲勞斷裂區域特別是應力集中區域進行激光沖擊處理2、根據權利要求1所述的一種延長鏈篦機關鍵零部件壽命的復合處理方法，其特征在于在鹽熔復合處理過程中，根據工件材質和服役條件來選定溫度、保溫時間和成分的控制指標、工件出爐的冷卻方式；對于工件截面厚薄懸殊，尺寸變化要求等情況下需要對其預熱、氮碳或硫氮碳共滲、后氧化處理、拋光及再次氧化工序。全文摘要一種延長鏈篦機關鍵零部件壽命的復合處理方法，涉及機械制造與材料處理加工應用
技術領域：
，首先對鏈篦機關鍵件材料處理部位進行表面無損檢測；針對表面無損檢測出的鏈篦機零件的表面缺陷，局部范圍內有針對的進行鹽熔復合處理；激光沖擊處理時，先在工件表面涂覆黑漆涂層，用水做保護層，對工件易疲勞斷裂區域特別是應力集中區域進行激光沖擊處理，本發明簡單快捷、效率高，生產維護成本低處理時間短(30min～5h)可實現連續化作業，保證了產品生產的高效率。文檔編號C21D1/00GK101225456SQ20071002340公開日2008年7月23日申請日期2007年6月1日優先權日2007年6月1日發明者任旭東,馮愛新,司乃潮,強吳,張永康,張西良,朱圣才,李伯全申請人:江蘇宏大特種鋼機械廠;江蘇大學