一种合金钢及其表面强化工艺的制作方法

1.本发明涉及合金钢的制备领域，特别涉及一种合金钢及其表面强化工艺。


背景技术：

2.合金钢的钢里除铁、碳外，加入了其他的合金元素，合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等，合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢、中合金钢、高合金钢，其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中，锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体，铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中，在对合金钢进行生产制备时，往往需要对其进行表面处理，现有的表面处理工艺大多不能全面提高合金钢的整体强度和使用寿命，且操作过于繁琐，设备过于昂贵，导致整体效率较低。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种合金钢及其表面强化工艺，可以有效解决背景技术中的问题。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
5.一种合金钢，包括以下成分：碳素钢、钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼，所述碳素钢的份额为85％-90％、所述钒的份额为0.5％-2％、所述钛的份额为1％-3％、所述锆的份额为2％-3.5％、所述钴的份额为1-2％、所述锰的份额为1％-2％、所述铬的份额为0.5％-3％、所述钨的份额为0.5％-1％、所述钼的份额为1％-1.5％。
6.优选的，所述碳素钢的份额为88％、所述钒的份额为1％、所述钛的份额为2％、所述锆的份额为2％、所述钴的份额为1％、所述锰的份额为1.5％、所述铬的份额为2％、所述钨的份额为1％、所述钼的份额为1.5％。
7.优选的，所述碳素钢的份额为85％、所述所述钒的份额为2％、所述钛的份额为3％、所述锆的份额为3.5％、所述钴的份额为1.5％、所述锰的份额为1.5％、所述铬的份额为3％、所述钨的份额为1％、所述钼的份额为1.5％。
8.优选的，所述包括以下制备步骤；
9.s1：按份额将碳素钢放入熔炉内对其进行冶炼处理，当其达到熔点后，保温熔点温度持续三十分钟，对其继续进行融化处理；
10.s2：将准备好的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼分别对其进行脱硫处理，脱硫后将其残留的炉渣去除，将其分别与脱硅剂进行混合处理，混合完毕后统一加入融化后的碳素钢内；
11.s3：将碳素钢与加入后的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼进行搅拌混匀处理，搅拌时间需要保持二小时，搅拌完成后将其内部加入变质剂，继续搅拌五分钟后，将其导入至模具内；
12.s4：将模具进行等温淬火处理，淬火时间根据整体的重量进行控制，淬火后将其置于退火炉内进行退火处理，退火处理需要持续保温45分钟。
13.一种合金钢的表面强化工艺，所述包括以下操作步骤：
14.a：喷丸强化处理：准备大量的珠丸，将制备好的合金钢放置在台面上，将其以高速打击合金钢，使其表面产生冷硬层和残余应力；
15.b：电火花表面强化：准备电火花发生设备，将其与合金钢接触，使其直流电以极短的时间内放电，使得电极材料与合金钢的接触部被加热到8000～25000度，并且在等离子冶金状态下转移到工件表面及形成合和堆积，同时向合金钢表面扩散和渗透；
16.c：激光淬火强化：准备激光设备，将其以高能量的激光束快速扫描合金钢，使合金钢表面极薄一层的局部小区域内快速吸收能量而使温度急剧上升，此时合金钢基体仍处于冷态，激光离去后，由于热传导的作用，此局部区域内的热量迅速传递到合金钢其它部位，冷却速度可达105度/s以上，使该局部区域在瞬间进行自冷淬火，此时合金钢表面会发生相变硬化。
17.优选的，所述珠丸的直径为0.4-2mm，同时速度为35-50m/s。
18.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
19.本发明中，通过喷丸处理后的合金钢使用时能明显提高其寿命及其疲劳强度，通过电火花的表面处理使得合金钢能因电极材料的沉积发生有规律地胀大，除此之外合金钢不会出现其它变形，合金钢心部的组织与性能也不发生变化，通过激光硬化处理可以使合金钢表面薄层迅速汽化，在表面原子逸出期间，发生动量脉冲，产生强的机械冲击波和应力波，使材料表面硬化，激光冲击硬化不仅可以大大提高合金钢的强度和硬度，而且能有效地提高抗疲劳性能，且由于冲击波持续的时间短，因而产生的变形很小，激光淬火处理可提高合金钢表面的硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性和临界断裂韧性等力学性能，是提高合金钢寿命的有效途径。
具体实施方式
20.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.具体实施例一：
22.本发明涉及一种合金钢，包括以下成分：碳素钢、钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼，碳素钢的份额为85％-90％、钒的份额为0.5％-2％、钛的份额为1％-3％、锆的份额为2％-3.5％、钴的份额为1-2％、锰的份额为1％-2％、铬的份额为0.5％-3％、钨的份额为0.5％-1％、钼的份额为1％-1.5％。
23.碳素钢的份额为88％、钒的份额为1％、钛的份额为2％、锆的份额为2％、钴的份额为1％、锰的份额为1.5％、铬的份额为2％、钨的份额为1％、钼的份额为1.5％。
24.一种合金钢，包括以下制备步骤。
25.s1：按份额将碳素钢放入熔炉内对其进行冶炼处理，当其达到熔点后，保温熔点温度持续三十分钟，对其继续进行融化处理。
26.s2：将准备好的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼分别对其进行脱硫处理，脱硫后将其残留的炉渣去除，将其分别与脱硅剂进行混合处理，混合完毕后统一加入融化后的碳素钢内。
27.s3：将碳素钢与加入后的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼进行搅拌混匀处理，搅拌时间需要保持二小时，搅拌完成后将其内部加入变质剂，继续搅拌五分钟后，将其导入至模具内。
28.s4：将模具进行等温淬火处理，淬火时间根据整体的重量进行控制，淬火后将其置于退火炉内进行退火处理，退火处理需要持续保温45分钟。
29.一种合金钢的表面强化工艺，包括以下操作步骤：
30.a：喷丸强化处理：准备大量的珠丸，将制备好的合金钢放置在台面上，将其以高速打击合金钢，使其表面产生冷硬层和残余应力，珠丸的直径为0.4-2mm，同时速度为35-50m/s。
31.b：电火花表面强化：准备电火花发生设备，将其与合金钢接触，使其直流电以极短的时间内放电，使得电极材料与合金钢的接触部被加热到8000～25000度，并且在等离子冶金状态下转移到工件表面及形成合和堆积，同时向合金钢表面扩散和渗透。
32.c：激光淬火强化：准备激光设备，将其以高能量的激光束快速扫描合金钢，使合金钢表面极薄一层的局部小区域内快速吸收能量而使温度急剧上升，此时合金钢基体仍处于冷态，激光离去后，由于热传导的作用，此局部区域内的热量迅速传递到合金钢其它部位，冷却速度可达105度/s以上，使该局部区域在瞬间进行自冷淬火，此时合金钢表面会发生相变硬化。
33.具体实施例二：
34.本发明涉及一种合金钢，包括以下成分：碳素钢、钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼，碳素钢的份额为85％-90％、钒的份额为0.5％-2％、钛的份额为1％-3％、锆的份额为2％-3.5％、钴的份额为1-2％、锰的份额为1％-2％、铬的份额为0.5％-3％、钨的份额为0.5％-1％、钼的份额为1％-1.5％。
35.碳素钢的份额为85％、钒的份额为2％、钛的份额为3％、锆的份额为3.5％、钴的份额为1.5％、锰的份额为1.5％、铬的份额为3％、钨的份额为1％、钼的份额为1.5％。
36.一种合金钢，包括以下制备步骤。
37.s1：按份额将碳素钢放入熔炉内对其进行冶炼处理，当其达到熔点后，保温熔点温度持续三十分钟，对其继续进行融化处理。
38.s2：将准备好的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼分别对其进行脱硫处理，脱硫后将其残留的炉渣去除，将其分别与脱硅剂进行混合处理，混合完毕后统一加入融化后的碳素钢内。
39.s3：将碳素钢与加入后的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼进行搅拌混匀处理，搅拌时间需要保持二小时，搅拌完成后将其内部加入变质剂，继续搅拌五分钟后，将其导入至模具内。
40.s4：将模具进行等温淬火处理，淬火时间根据整体的重量进行控制，淬火后将其置于退火炉内进行退火处理，退火处理需要持续保温45分钟。
41.一种合金钢的表面强化工艺，包括以下操作步骤：
42.a：喷丸强化处理：准备大量的珠丸，将制备好的合金钢放置在台面上，将其以高速打击合金钢，使其表面产生冷硬层和残余应力，珠丸的直径为0.4-2mm，同时速度为35-50m/
s。
43.b：电火花表面强化：准备电火花发生设备，将其与合金钢接触，使其直流电以极短的时间内放电，使得电极材料与合金钢的接触部被加热到8000～25000度，并且在等离子冶金状态下转移到工件表面及形成合和堆积，同时向合金钢表面扩散和渗透。
44.c：激光淬火强化：准备激光设备，将其以高能量的激光束快速扫描合金钢，使合金钢表面极薄一层的局部小区域内快速吸收能量而使温度急剧上升，此时合金钢基体仍处于冷态，激光离去后，由于热传导的作用，此局部区域内的热量迅速传递到合金钢其它部位，冷却速度可达105度/s以上，使该局部区域在瞬间进行自冷淬火，此时合金钢表面会发生相变硬化。
45.具体实施例三：
[0046][0047]
以此可见，经过表面处理后的合金钢，其使用寿命、耐腐蚀性和抗拉强度均有明显提升。
[0048]
本发明通过喷丸处理后的合金钢使用时能明显提高其寿命及其疲劳强度，通过电火花的表面处理使得合金钢能因电极材料的沉积发生有规律地胀大，除此之外合金钢不会出现其它变形，合金钢心部的组织与性能也不发生变化，通过激光硬化处理可以使合金钢表面薄层迅速汽化，在表面原子逸出期间，发生动量脉冲，产生强的机械冲击波和应力波，使材料表面硬化，激光冲击硬化不仅可以大大提高合金钢的强度和硬度，而且能有效地提高抗疲劳性能，且由于冲击波持续的时间短，因而产生的变形很小，激光淬火处理可提高合金钢表面的硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性和临界断裂韧性等力学性能，是提高合金钢寿命的有效途径。
[0049]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种合金钢，其特征在于：包括以下成分：碳素钢、钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼，所述碳素钢的份额为85％-90％、所述钒的份额为0.5％-2％、所述钛的份额为1％-3％、所述锆的份额为2％-3.5％、所述钴的份额为1-2％、所述锰的份额为1％-2％、所述铬的份额为0.5％-3％、所述钨的份额为0.5％-1％、所述钼的份额为1％-1.5％。所述碳素钢的份额为88％、所述钒的份额为1％、所述钛的份额为2％、所述锆的份额为2％、所述钴的份额为1％、所述锰的份额为1.5％、所述铬的份额为2％、所述钨的份额为1％、所述钼的份额为1.5％。所述碳素钢的份额为85％、所述所述钒的份额为2％、所述钛的份额为3％、所述锆的份额为3.5％、所述钴的份额为1.5％、所述锰的份额为1.5％、所述铬的份额为3％、所述钨的份额为1％、所述钼的份额为1.5％。2.根据权利要求1所述的一种合金钢，其特征在于：所述包括以下制备步骤；s1：按份额将碳素钢放入熔炉内对其进行冶炼处理，当其达到熔点后，保温熔点温度持续三十分钟，对其继续进行融化处理；s2：将准备好的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼分别对其进行脱硫处理，脱硫后将其残留的炉渣去除，将其分别与脱硅剂进行混合处理，混合完毕后统一加入融化后的碳素钢内；s3：将碳素钢与加入后的钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼进行搅拌混匀处理，搅拌时间需要保持二小时，搅拌完成后将其内部加入变质剂，继续搅拌五分钟后，将其导入至模具内；s4：将模具进行等温淬火处理，淬火时间根据整体的重量进行控制，淬火后将其置于退火炉内进行退火处理，退火处理需要持续保温45分钟。3.根据权利要求1所述的一种合金钢的表面强化工艺，其特征在于：所述包括以下操作步骤：a：喷丸强化处理：准备大量的珠丸，将制备好的合金钢放置在台面上，将其以高速打击合金钢，使其表面产生冷硬层和残余应力；b：电火花表面强化：准备电火花发生设备，将其与合金钢接触，使其直流电以极短的时间内放电，使得电极材料与合金钢的接触部被加热到8000～25000度，并且在等离子冶金状态下转移到工件表面及形成合和堆积，同时向合金钢表面扩散和渗透；c：激光淬火强化：准备激光设备，将其以高能量的激光束快速扫描合金钢，使合金钢表面极薄一层的局部小区域内快速吸收能量而使温度急剧上升，此时合金钢基体仍处于冷态，激光离去后，由于热传导的作用，此局部区域内的热量迅速传递到合金钢其它部位，冷却速度可达105度/s以上，使该局部区域在瞬间进行自冷淬火，此时合金钢表面会发生相变硬化。4.根据权利要求1所述的一种合金钢及其表面强化工艺，其特征在于：所述珠丸的直径为0.4-2mm，同时速度为35-50m/s。

技术总结
本发明公开了一种合金钢及其表面强化工艺，包括以下成分：碳素钢、钒、钛、锆、钴、锰、铬、钨、钼。本发明所述的一种合金钢及其表面强化工艺，通过喷丸处理后的合金钢使用时能明显提高其寿命及其疲劳强度，通过电火花的表面处理使得合金钢能因电极材料的沉积发生有规律地胀大，除此之外合金钢不会出现其它变形，通过激光硬化处理可以使合金钢表面薄层迅速汽化，使材料表面硬化，激光冲击硬化不仅可以大大提高合金钢的强度和硬度，而且能有效地提高抗疲劳性能，且由于冲击波持续的时间短，因而产生的变形很小，激光淬火处理可提高合金钢表面的硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性和临界断裂韧性等力学性能。性等力学性能。


技术研发人员：杨旨睿
受保护的技术使用者：湖南力神新材料科技有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/7/28