本发明涉及金属材料热处理领域，尤其涉及一种用于提高刀具表面的耐磨性与尺寸精度的激光复合工艺。
背景技术：
：刀具是一种广泛应用于生产的工具，刀具的发展水平代表着一个国家工业的发达程度，很多刀具表面要求有高的硬度﹑耐磨性和尺寸精度，因此提高刀具表面的相关性能和尺寸精度对于提高产品的竞争力具有重要意义；提高刀具表面性能的传统方法有：整体淬火和高频表面淬火等，这些方法存在硬度和耐磨性不够﹑残余奥氏体含量高影响零件尺寸稳定性﹑热变形大和加工余量大等缺陷。激光表面淬火是一种较新型表面处理技术，是以高能量激光束快速扫描工件，使被照射的金属或合金表面温度以极快速度升到高于相变点而低于熔化温度，当激光束离开被照射部位时，由于热传导的作用，处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火，进而实现工件的表面相变硬化；该技术存在如下不足：（1）相对传统的整体淬火和火焰表面淬火等工艺，硬度仅提高5%左右，耐磨性提高有限；（2）尺寸精度不够高；由于冷却速度快，基本无碳化物析出，使奥氏体中碳含量相对较高，使ms点相对降低，激光表面淬火后的工件表面残余奥氏体相对传统淬火后的工件表面残余奥氏体含量更多，这对于通常碳和合金元素含量更高的工模具钢而言尤为明显，因残余奥氏体不稳定，当受到外力作用或环境温度改变时，容易转变为马氏体，而奥氏体与马氏体的比容不一样，将造成材料的不规则膨胀，降低了工件尺寸精度，降低了该技术作为高端表面处理技术的优越性。技术实现要素：本发明的目的是提供一种用于提高刀具表面的耐磨性与尺寸精度的激光复合工艺，可以使得刀具表面硬度相对整体淬火等传统技术而得到的刀具表面硬度提高6%-10%，耐磨性提高非常明显，也比单纯激光表面淬火而得到的刀具表面硬度提高5%左右，耐磨性也有一定提高，而且使得刀具表面残余奥氏体含量很低，使得刀具在工作及存放过程中不会降低尺寸精度。为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于提高刀具表面的耐磨性与尺寸精度的激光复合工艺，其特征在于，它包括下述步骤：步骤1、采用激光束快速扫描刀具零件表面需要提高硬度和耐磨性的部位，依靠零件基体自冷；步骤2、将步骤1中得到的刀具零件放入密封的深冷处理机中，利用液氮或液氦进行深冷或超深冷处理，处理时间为0.2-2h，之后取出升至室温；步骤3、将步骤2中得到的零件表面抛光或精磨，去除表面氧化皮或微变形。本发明的有益效果为：1、显著提高刀具表面的硬度和耐磨性；刀具表面大多需要高的硬度和耐磨性，目前刀具大多数采用高碳高合金钢制造，通常采用整体淬火或高频表面淬火等传统技术对刀具表面进行强化，大多数用于制造刀具的合金钢马氏体最终转变点mf温度低,比如，w18cr4v钢的马氏体最终转变点mf温度为-196℃；普通淬火采用普通水或油作为冷却介质，无法使刀具达到mf温度而保留大量残余奥氏体，而激光淬火由于冷却速度快，基本无碳化物析出，使奥氏体中碳含量相对较高，使马氏体最终转变点ms点相对降低，激光表面淬火后的零件表面残余奥氏体相对传统淬火后的零件表面残余奥氏体含量更多，而钢中残留的奥氏体会降低刀具的硬度﹑耐磨性和使用寿命；本发明采用对刀具进行激光表面淬火后进行深冷（-100℃～-180℃）或超深冷（-180℃～-230℃）的复合处理技术，深冷或超深冷的目的在于将刀具置于马氏体最终转变点mf温度之下，从而残余奥氏体转变为硬度和耐磨性更高的马氏体，这使刀具表面即具有激光淬火后特有的细晶粒度，又具有高硬度和高耐磨性的马氏体基本组织；因此，本发明处理后的刀具表面相对整体淬火或高频表面淬火等传统处理后的刀具表面具有显著提高的硬度和耐磨性，本发明处理后的刀具表面相对激光表面淬火这一新型高端技术处理后的刀具表面在硬度和耐磨性上也具有一定程度的提高。2、提高刀具在存放和工作过程中的尺寸精度；无论是整体淬火和高频表面淬火等传统处理技术，还是激光表面淬火等新型表面处理技术，由这些技术获得的刀具表面都存在相当数量的残余奥氏体，因残余奥氏体不稳定，当受到外力作用或环境温度改变时，容易转变为马氏体，而奥氏体与马氏体的比容不一样，将造成材料的不规则膨胀，降低了零件尺寸精度。而本发明采用深冷或超深冷技术基本上将激光表面淬火后残留的奥氏体消除，提高了刀具在存放和工作过程中的尺寸精度和形状精度，从而提高了激光表面淬火技术作为高端表面处理技术的优越性。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。实施例1刀具零件材料为：w18cr4v钢，采用圆形或矩形半导体激光束或二氧化碳激光束对刀具零件表面进行快速激光扫描，即激光淬火，随后将刀具放入密封的深冷处理机中，利用液氮对零件进行超深冷处理，使零件温度降至-196℃，保温1h，取出零件，缓慢升至室温，采用手工或机械抛光及精磨的方式去除零件表面少量氧化皮，提高零件尺寸精度，达到使用要求。实施例2刀具零件材料为：w18cr4v钢，采用圆形或矩形半导体激光束或二氧化碳激光束对刀具零件表面进行快速激光扫描，即激光淬火，随后将刀具放入密封的深冷处理机中，利用液氦对零件进行超深冷处理，使零件温度降至-230℃，保温0.2h，取出零件，缓慢升至室温，采用手工或机械抛光及精磨的方式去除零件表面少量氧化皮，提高零件尺寸精度，达到使用要求。实施例3刀具零件材料为：gcr15钢，采用圆形或矩形半导体激光束或二氧化碳激光束对刀具零件表面进行快速激光扫描，即激光淬火，随后将刀具放入密封的深冷处理机中，利用液氮对零件进行深冷处理，使零件温度降至-130℃，保温1h，取出零件，缓慢升至室温，采用手工或机械抛光及精磨的方式去除零件表面少量氧化皮，提高零件尺寸精度，达到使用要求。实施例4刀具零件材料为：gcr15钢，采用圆形或矩形半导体激光束或二氧化碳激光束对刀具零件表面进行快速激光扫描，即激光淬火，随后将刀具放入密封的深冷处理机中，利用液氮对零件进行深冷处理，使零件温度降至-100℃，保温2h，取出零件，缓慢升至室温，采用手工或机械抛光及精磨的方式去除零件表面少量氧化皮，提高零件尺寸精度，达到使用要求。实施例5刀具零件材料为：gcr15钢，采用圆形或矩形半导体激光束或二氧化碳激光束对刀具零件表面进行快速激光扫描，即激光淬火，随后将刀具放入密封的深冷处理机中，利用液氮对零件进行深冷处理，使零件温度降至-180℃，保温0.5h，取出零件，缓慢升至室温，采用手工或机械抛光及精磨的方式去除零件表面少量氧化皮，提高零件尺寸精度，达到使用要求。对比验证1、将实施例1和实施例2得到的零件和w18cr4v钢材质的刀具采用现有整体淬火和激光表面淬火得到的零件，对得到的零件进行残余奥氏体含量、硬度和相对耐磨性（试验材料的耐磨性与标准材料在相同条件下的耐磨性之比，此次选定的标准材料为整体淬火得到的材料）进行检测，结果如下表所示：采用的方法残余奥氏体量（wt%）硬度相对耐磨性实施例1370hrc2.7实施例2469hrc2.6激光表面淬火3567hrc1.8整体淬火2565hrc12、将实施例3、实施例4和实施例5得到的零件和gcr15钢材质的刀具采用现有整体淬火和激光表面淬火得到的零件，对得到的零件进行残余奥氏体含量、硬度和相对耐磨性（试验材料的耐磨性与标准材料在相同条件下的耐磨性之比，此次选定的标准材料为整体淬火得到的材料）进行检测，结果如下表所示：采用的方法残余奥氏体量（wt%）硬度相对耐磨性实施例3267hrc3.2实施例4366hrc3实施例5465hrc2.9激光表面淬火2064hrc1.8整体淬火1561hrc1通过上述2组对比验证可以得出：（1）实施例1-5得到的合金零件，残余奥氏体量明显小于现有整体淬火技术得到的合金零件，这也意味着实施例1-5得到的合金零件在后续的加工和存放过程中具有相对高的尺寸精度和尺寸稳定性；（2）实施例1-5得到的合金零件在硬度和耐磨性方面均要好于现有整体淬火和激光表面淬火得到的合金零件；通过上述试验，验证本发明的方案所具有的有益效果，进而证实了本发明的方案及其改进方案的先进性，具有较大的实用和经济价值。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。当前第1页12