一种耐高温合金工件的表面处理方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温合金工件的表面处理方法，首先对合金工件表面进行除锈、除油、干燥处理；然后对预处理区域的表面进行涂黑处理，其他区域进行耐高温遮蔽；再利用连续激光热源对工件进行激光表面处理，并在收弧处采用功率衰减的方法，以获得无缺陷、表面粗糙度基本不变的安装座半成品；其次对工件进行后热处理；最后对安装座进行90°冲压，得到最终成品。本发明专利技术的处理方法对基体材料损害小、性能优异、高效率且无缺陷。

A surface treatment method of high temperature resistant alloy workpiece

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温合金工件的表面处理方法
本专利技术属于表面工程
，尤其涉及一种GH738耐高温合金工件的表面处理方法。
技术介绍
GH738是以γ′相沉淀硬化的镍基高温合金，因其具有较高的强度、优良的耐燃气腐蚀性能和抗氧化性能，而被广泛应用于航空航天、石油化工等领域；但该合金在时效处理之后的冲压性能变低。因此确立一种既能保持时效态合金的强度，又能有效提高时效态合金的冲压性能的方法就显得尤为重要。激光表面处理技术利用高功率密度的激光束，以非接触方式加热材料表面，然后借助于材料本身来实现传导冷却，最终使其表面改性的工艺方法。该技术具有快速改变局部表面性能，而不改变材料整体性能的特点而被广泛应用于航空航天、石油化工等领域。由于冲压过程中的裂纹一般对合金表面的的硬度具有依赖性，因此可从合金表面的硬度入手，对表面进行局部的软化，从而减少裂纹的出现，提高安装座的使用寿命。然而，在高温合金激光表面处理结束之前，由于机床的速度变慢，而此时的激光功率若不衰减，就会造成基材的过烧或凹坑等缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种在降低表面硬度的同时能够提高冲压性能的耐高温合金工件表面处理方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种耐高温合金工件的表面处理方法，其特征在于包括以下步骤：1)对合金工件进行除锈、除油及干燥处理；2)对上述合金工件的预处理区域的表面进行涂黑处理，对合金工件的其他区域进行耐高温遮蔽；3)对经步骤2)处理后的合金工件进行激光表面处理，获得无缺陷、表面粗糙度基本不变的半成品；4)对上述激光表面处理后的合金工件进行后热处理；5)对上述热处理后的合金工件进行冲压，得到最终成品。激光表面处理参数有多种，获得无缺陷、表面粗糙度基本不变的半成品，优选地，步骤3)中激光表面处理的具体参数为：激光功率为400～600W，线速度为8～15mm/s，保护气Ar气流量为10～16L/min。为了避免过烧或凹坑等缺陷的出现，步骤3)中激光表面处理过程中在收弧处采用激光功率进行衰减的方法。功率衰减的方法有多种，优选地，首先将激光功率从400～600W降到200W，然后将激光功率从200W降到100W，最后将激光功率从100W降到0W。激光功率为激光熔覆的一个至关重要的参数，而工艺参数的选择是视工件而定的。若功率过大，会对合金工件造成烧蚀现象，表面不平整，甚至会损坏合金工件；若功率过小，对合金工件内表面激光处理效果不太理想，热量不能贯穿整个处理区域。优选地，步骤3)激光表面处理区域的厚度控制在0.7～1.0mm。若厚度小于0.7mm,对合金工件内表面的处理效果不太乐观；若大于1.0mm，由于能量密度必定会提高，合金工件内的热量过多聚集会造成工件的过烧现象。为了使合金具有较高的强度、优良的耐燃气腐蚀性能和抗氧化性能，优选地，步骤1)中合金工件采用GH738合金。热处理工艺参数有多种选择，优选地，步骤4)的热处理工艺参数：温度为600～700℃，保温时间为2～2.5h，采用炉冷至室温。热处理温度不能高于高温合金GH738的使用温度(815℃)，若热处理温度太高，GH738的沉淀相γ'会发生固溶，导致γ'相含量降低，从而降低了合金工件的强度，最终减少了合金工件的使用寿命；若热处理温度太低(如500℃，保温时间3h)，然后进行冲压，会产生少量的纵向裂纹与横向褶皱，这样看来，在温度较低时，热处理效果不太理想，因此选择上述的温度范围。优选地，步骤5)采用90°冲头对热处理后的合金工件进行冲压。激光束光斑的优选方式之一：步骤3)激光处理中的激光束的光斑为圆形，圆形光斑的直径为4.0～6.0mm。光斑太小，合金工件边缘部位处理效果不明显；若光斑太大，激光会辐照到预处理区域之外，会对合金工件基材的强度有所损害。激光束光斑的优选方式之二：步骤3)激光处理中的激光束的光斑为矩形，矩形光斑的长度为8～10mm，矩形光斑的宽度为1.5～2.5mm。光斑太小，合金工件边缘部位处理效果不明显；若光斑太大，激光会辐照到预处理区域之外，会对合金工件基材的强度有所损害。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、对合金工件基体材料损害小：具有快速改变局部表面性能，而不改变材料整体性能的特点；2、性能优异：既能保持时效态合金工件的强度，又能有效提高时效态合金工件的冲压性能；3、高效率：激光表面处理周期较短，不需要加工工装；4、无缺陷：在收弧处采用激光功率衰减方法，避免了在收弧处出现合金基材的过烧或凹坑等缺陷。附图说明图1为本专利技术实施例一在激光表面处理过程的操作示意图；图2为本专利技术实施例一的安装座的结构示意图；图3为本专利技术实施例一激光表面处理的激光功率分布曲线；图4为本专利技术实施例一安装座经激光表面处理后的宏观形貌；图5为本专利技术实施例一安装座经热处理后的宏观形貌；图6为图5的另一角度的宏观形貌；图7为本专利技术实施例一在安装座激光表面处理前后的显微硬度变化曲线；图8为本专利技术实施例一在安装座激光表面处理前后冲压的效果对比图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例一：如图1至图8所示，为本专利技术的第一个优选实施例。该实施例的合金工件为航空发动机引气管的安装座4，该安装座4采用GH738耐高温合金，其化学成分具体参见表1所示。表1为高温合金GH738的化学成分(质量分数％)元素CCrCoMoAlTiZrFeSiNi含量(质量分数％)0.0520.013.04.01.42.90.060.80.10余量对安装座进行表面处理时，如图1所示，将安装座4设置在设备的转台5上；本实施例中安装座4的上、下表面上分别凸设有第一凸柱和第二凸柱41，第一凸柱和第二凸柱41对应布置，参见图2所示；且第一凸柱和第二凸柱41沿其轴向方向上分别开设有第一安装孔10和第二安装孔410，该第一凸柱为安装座4的待处理区域1，该转台5上具有供第二凸柱41容置在其中的安装槽，具体参见图1所示，采用激光束6对安装座4的待处理区域1进行激光表面处理，激光束6与安装座4的上表面所成的夹角为a，a为9°；激光表面处理过程中采用保护气7进行保护。本实施例中，安装座的宽度一般为3.7mm左右。上述耐高温合金工件的表面处理方法包括以下步骤：1)对引气管的安装座4合金工件进行除锈、除油及干燥处理；2)对上述合金工件的预处理区域1的表面进行涂黑处理，对合金工件的其他区域采用高温胶带进行耐高温遮蔽；3)对经步骤2)处理后的合金工件进行激光表面处理，激光表面处理区域1的厚度控制在0.7～1.0mm；经过多次优化工艺参数，其中工艺参数采用：激光光斑采用直径为5.0mm的圆形光斑，激光功率为450W，线速度为10mm/s，保护气Ar气流量为12L/min。并在收弧处采用激光功率进行衰减的方法，具体激光功率衰减采用：激光功率首先从450W降到200W，然后将激光功率降到100W，最后将激光功率降到0W，以获得无缺陷、表面粗糙度基本不变的半成品；通过在激光处理结束部位对激光功率进行平滑过渡，避免在收弧处产生缺陷，其具体的激光功率随时间的变化参见图3所示；经激光表面处理后的安装座宏观形貌参见图4所示；如果不采用激光功率衰减的方法，会在收弧处出现凹坑，激光功率逐步降低的方法来过渡，能够有效避免凹坑缺陷的产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温合金工件的表面处理方法，其特征在于包括以下步骤：1)对合金工件进行除锈、除油及干燥处理；2)对上述合金工件的预处理区域的表面进行涂黑处理，对合金工件的其他区域进行耐高温遮蔽；3)对经步骤2)处理后的合金工件进行激光表面处理，获得无缺陷、表面粗糙度基本不变的半成品；4)对上述激光表面处理后的合金工件进行后热处理；5)对上述热处理后的合金工件进行冲压，得到最终成品。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温合金工件的表面处理方法，其特征在于包括以下步骤：1)对合金工件进行除锈、除油及干燥处理；2)对上述合金工件的预处理区域的表面进行涂黑处理，对合金工件的其他区域进行耐高温遮蔽；3)对经步骤2)处理后的合金工件进行激光表面处理，获得无缺陷、表面粗糙度基本不变的半成品；4)对上述激光表面处理后的合金工件进行后热处理；5)对上述热处理后的合金工件进行冲压，得到最终成品。2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：步骤3)中激光表面处理的具体参数为：激光功率为400～600W，线速度为8～15mm/s，保护气Ar气流量为10～16L/min。3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于：步骤3)中激光表面处理过程中在收弧处采用激光功率进行衰减的方法。4.根据权利要求3所述的表面处理方法，其特征在于：首先将激光功率从400～600W降到200W，然后将激光功...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，刘光，马冰，陈杰，崔烺，张晓寒，贾利，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江,33