一种特种铸铁柴油机缸盖排气阀座强化方法与流程

本发明涉及材料表面改性方法，具体涉及一种特种铸铁柴油机缸盖排气阀座宽带激光固态相变强化方法。

背景技术：

柴油机缸盖阀座是采用铸铁的典型零件之一。现有使用的一种柴油机缸盖由特种铸铁铸造而成，材料成分为(质量百分比)：cr为0.20～0.35，ni为0.5～0.65、mo为0.35～0.55,cu为0.45～0.65、p含量小于0.12、s含量小于0.10、c为2.9～3.5、si为1.4～2.1、mn为0.75～1.20、sn为0.015～0.03，其余为fe。无独立进排气阀座，阀座与缸盖铸造为一体。这种大型构件通常需要复杂的制造工艺，以及精确的机加工等，需要专项设备制备，价格比较昂贵，成本很高。然而在使用过程中，由于铸铁脆性大、耐磨性比较差，在应用中造成大量早期失效，限制了其使用寿命。激光固态相变能使工件表面发生相变而获得高硬度，同时对基体组织热影响少，零件变形小，可以直接应用于排气阀座的制造，对提高工作性能、节约资源和降低成本具有重要意义。

柴油机缸盖排气阀座所需强化区域为12mm的圆环面，目前已有的激光固态相变方法中，激光固态相变强化时使用圆形光斑，光斑直径一般为3mm，宽度少于所需强化带的宽度，光斑需要搭接，工作效率低，且搭接部位存在回火软带等问题，致使强化效果减弱，搭接量控制不当会导致裂纹的产生。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种特种铸铁柴油机缸盖排气阀座宽带激光固态相变强化方法,在有效提高柴油机缸盖排气阀座表面耐磨性的同时，工艺控制简单，效率高、成本低。

本发明所采用的主要技术方案是：

一种特种铸铁柴油机缸盖排气阀座强化方法，包括以下步骤：

(1)用清洗剂去除特种铸铁柴油机缸盖排气阀座待强化工作面的油污；

(2)将吸光涂料均匀的涂抹在待强化工作面上，涂抹厚度为0.05～0.1mm；

(3)将涂抹好涂料的柴油机缸盖排气阀座放在工作台上，激光束沿竖直方向照射待强化工作面，激光束尺寸为长×宽＝(19-21)mm×(3-5)mm；

(4)柴油机缸盖排气阀座旋转或激光束移动，激光束快速扫描待强化工作面，将待强化工作面加热到熔点以下相变点温度以上，产生相变硬化，使硬化层深度达到不小于0.3mm，激光功率p＝2000～5000w，扫描速度v＝100～300mm/min；

(5)重复步骤(2)-(4)，在待强化工作面上均匀涂抹吸光涂料，进行第二层激光强化，以进一步增大硬化层深度，使硬化层深度达到不小于0.7mm。

本发明具有下述优点：

(1)采用宽带激光相变硬化，无需搭接，无软化区域，可获得组织性能均匀的大面积强化区域，效率高，工件变形量小。

(2)柴油机缸盖排气阀座为45°斜面，激光束竖直照射强化面，与强化面呈45°角，无需制作工装，工序简便，易操作。

(3)采用双层激光固态相变技术，有效增加强化深度，不产生气孔、裂纹等缺陷，并可在350℃工作环境下保持良好的工作性能。

附图说明

图1是本发明的一种特种铸铁柴油机缸盖排气阀座强化方法的激光加工示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作以详细描述。

宽带激光固态相变强化技术采用矩形光斑，宽带扫描方式，由于激光光束的宽度大于工件所需强化的宽度，无需搭接，故无软化区域，可以使激光强化效果明显提升，实现零部件工作表面高耐磨的特性，解决因磨损而影响使用寿命和工作效率的问题，同时能在高温工作环境下保持良好的使用性能。

基于以上原理，如图1所示，本发明的一种特种铸铁柴油机缸盖排气阀座强化方法，包括以下步骤：

(1)用清洗剂去除特种铸铁柴油机缸盖排气阀座待强化工作面的油污，可以采用常规的表面清洗方法，如采用酒精清洗；

(2)将吸光涂料均匀的涂抹在待强化工作面上，涂抹厚度为0.05～0.1mm(如：0.05、0.06、0.1mm等)，以有效提高工件表面对激光的吸光率，吸光涂料可以采用常规的吸光涂料，如清华大学研制的th-2型吸光涂料；

(3)将涂抹好涂料的柴油机缸盖排气阀座放在工作台上，激光束沿竖直方向照射待强化工作面，激光束尺寸为长×宽＝(19-21)mm×(3-5)mm，如19×3mm、21×4mm或者20×5mm等，由于柴油机缸盖排气阀座为45°斜面，激光束沿竖直方向照射待强化工作面，因此激光束与待强化区域呈45°角，无需制作工装即可进行表面加工，如图1所示；

(4)柴油机缸盖排气阀座旋转或激光束移动，激光束快速扫描待强化工作面，将待强化工作面加热到熔点以下相变点温度以上，产生相变硬化，使硬化层深度达到不小于0.3mm，激光功率p＝2000～5000w(如：2000w、40000w、5000w等)，扫描速度v＝100～300mm/min(如：100mm/min、200mm/min、300mm/min等)。

(5)重复步骤(2)-(4)，在待强化工作面上均匀涂抹吸光涂料，进行第二层激光强化，以进一步增大硬化层深度，使硬化层深度达到不小于0.7mm。

采用上述方法处理的特种铸铁柴油机缸盖排气阀座硬度可达hv581，硬化层深度达到0.7mm，经过350℃回火试验，仍能保持良好的性能。