CN107484420A - 用于快速扩散的表面层及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

多个变体可以包括一种方法，所述方法可以包括激光冲击强化工作部件的摩擦工作面和对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。

Description

用于快速扩散的表面层及其生产方法
技术领域
本公开主要涉及的领域包括铁素体氮碳共渗工艺。
背景
铁素体氮碳共渗工艺使用一段预定量的时间的炉处理，从而使碳和氮扩散到部件的表面中。在热处理之前制备部件的表面可以增加或减少该部件的表面上的扩散速率。
说明性变体的概述
多个变体可以包括一种方法，所述方法可以包括激光冲击强化工作部件的摩擦工作面，并且可以包括对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而可以加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
多个变体可以包括一种方法，所述方法可以包括对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；激光冲击强化所述摩擦工作面；以及对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而可以加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
多个变体可以包括一种方法，所述方法可以包括在约610℃的温度下对工作部件施加应力消除处理3小时；对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；使用包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径的具有约1GW/cm2的功率的高功率密度激光仪来激光冲击强化所述摩擦工作面；以及对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而可以加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
多个变体可以包括一种方法，所述方法可以包括对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；使用包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径的具有大于或等于1GW/cm2的功率的高功率密度激光仪来激光冲击强化所述摩擦工作面；以及在约465℃-约495℃下对所述摩擦工作面施加铁素体碳氮共渗工艺约8-约12小时，从而可以加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
多个变体可以包括一种产品，其可以包括部件，所述部件可以包括经铸造、在约610℃下实施应力消除工艺约3小时、机械加工以及激光冲击强化的摩擦工作面和设置在所述摩擦工作面上的非晶层，其中所述非晶层的深度为约5微米-约500微米。
多个变体可以包括一种产品，其可以包括部件，所述部件可以包括经铸造、机械加工、激光冲击强化以及采用约555℃-约585℃的铁素体氮碳共渗工艺处理约1-约3小时的摩擦工作面和设置在所述摩擦工作面上的非晶层，其中所述非晶层的深度为约5微米-约500微米。
通过下文提供的详细描述，在本发明的范围内的其他说明性变体将变得清晰可见。应当理解，所述详细描述和列举的变体虽然公开了任选的变体，但是仅出于说明的目的，并不意图限制本发明的范围。
附图的简要说明
通过详细描述和附图将更充分地理解本发明范围内的变体的选择实施例，其中：
图1描绘了铸铁制动器转子(cast iron brake rotor)的一个变体；和
图2描绘了可以包括摩擦工作面的部件的一个变体。
说明性变体的详细描述
变体的以下描述本质上仅仅是说明性的，并不意图限制本发明的范围、其应用或用途。以下对变体的描述仅仅是被认为在本发明的范围内的组件、元件、行为、方法和方法的说明，并且不以任何方式意图使这样的范围通过具体公开或未明确阐述的内容来限制。如本文所述的组件、元件、行为、方法和方法可以不同于如本文所明确描述地被组合和重新布置，并且仍被认为在本发明的范围内。
诸如盘式制动器或鼓式制动器的工作部件可以具有摩擦工作面。所述工作部件可以包括铸铁。可以对所述摩擦工作面实施一段预定量的时间的涉及热处理步骤的铁素体氮碳共渗工艺。在实施铁素体氮碳共渗工艺之前，可以对所述摩擦工作面进行诸如机械加工、喷丸处理或冷加工的表面处理。或者，可以对所述摩擦工作面实施激光冲击强化或激光冲击强化工艺，以在工作部件的表面上形成纳米晶层或非晶层。纳米晶层可以具有约5nm-约1000nm的晶粒尺寸。非晶层可以具有非晶结构。所述纳米晶层或非晶层的深度可以为约5-约500微米。
激光冲击强化工艺可以使用具有3焦耳的脉冲能量和20纳秒的脉冲持续时间的激光仪。激光束的直径可以为约3毫米。激光冲击强化工艺的扫描频率可以是约2Hz。
在激光冲击强化工艺之后，可以在约570℃-约580℃的温度下对所述工作部件实施铁素体碳氮共渗工艺约1-约3小时或在约465℃-约495℃的温度下实施约2-10小时，以获得深度约10微米的化合物层。
一种方法可以包括铸造铁制鼓式制动器或盘式制动器，在610℃下对所述制动器进行3个或更多个小时的应力消除，对所述制动器的摩擦工作面进行机械加工，激光冲击强化所述摩擦工作面，以及在570°下将所述制动器氮碳共渗约1小时或在约555℃-约585℃的温度下将所述制动器氮碳共渗约2-5小时。
一种方法可以包括铸造铁制鼓式制动器或盘式制动器，对所述制动器的摩擦工作面进行机械加工，激光冲击强化所述摩擦工作面，以及在480℃下将所述制动器氮碳共渗约8-约10小时。
参照图1和图2，多个变体可以包括一种产品，所述产品可以包括部件10，部件10可以包括经铸造、在约610℃下实施应力消除工艺约3小时、机械加工以及激光冲击强化的摩擦工作面12和设置在摩擦工作面12上的非晶层14，其中非晶层14的深度为约5微米-约500微米。
根据变体1，一种方法可以包括激光冲击强化工作部件的摩擦工作面，并且可以包括对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而加速碳原子和氮原子扩散到摩擦工作面中。
变体2可以包括如变体1所述的方法，其中激光冲击强化工艺可以改善（refine）所述摩擦工作面的微观结构，从而形成深度为约5-约500μm的纳米晶层。
变体3可以包括如变体1或变体2所述的方法，其中激光冲击强化工艺改善所述摩擦工作面的微观结构，从而形成深度小于或等于约500μm的非晶层。
变体4可以包括如变体1-3中任一项所述的方法，其中激光冲击强化工艺使用具有约0.5GW/cm2-约5GW/cm2的功率的高功率密度激光仪。
变体5可以包括如变体1-4中任一项所述的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺可以包括在约555℃-约585℃下约2-6小时的炉处理。
变体6可以包括如变体1-5中任一项所述的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺可以包括在约570℃-580℃下约2-4小时的炉处理。
变体7可以包括如变体1-6中任一项所述的方法，其中激光冲击强化工艺包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径。
变体8可以包括如变体1-7中任一项所述的方法，并且还可以包括在激光冲击强化所述摩擦工作面之前，在约610℃下对所述工作部件施加应力消除处理约2-4小时。
变体9可以包括如变体1-8中任一项所述的方法，还可以包括在激光冲击强化所述摩擦工作面之前，对所述摩擦工作面进行机械加工。
根据变体10，一种方法可以包括对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；激光冲击强化所述摩擦工作面；以及对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而可以加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
变体11可以包括如变体10所述的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺可以包括在约455℃-约495℃下约8-约12小时的炉处理。
变化12可以包括如变体10至变体11任一项所述的方法，其中激光冲击强化工艺改善所述摩擦工作面的微观结构，从而形成深度为约5-约500μm的纳米晶层。
变体13可以包括如变体10-12中任一项所述的方法，其中激光冲击强化工艺改善所述摩擦工作面的微观结构，从而形成非晶层。
变体14可以包括如变体10-13中任一项所述的方法，其中激光冲击强化工艺使用具有约0.5GW/cm2-约5GW/cm2的功率的高功率密度激光仪。
变体15可以包括如变体10-14中任一项所述的方法，其中激光冲击强化工艺包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径。
变体16可以包括如变体10-15中任一项所述的方法，其还可以包括在激光冲击强化所述摩擦工作面之前，在约610℃下对所述工作部件施加应力消除处理大于或等于约3小时。
根据变体17，一种方法可以包括在约610℃下对工作部件施加应力消除处理3小时；对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；使用包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径的具有约1GW/cm2的功率的高功率密度激光仪来激光冲击强化所述摩擦工作面；以及对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而可以加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
变体18可以包括如变体17所述的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺可以包括在约555℃-约585℃下约1-约3小时的炉处理。
变体19可以包括如变体17至变体18任一项所述的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺可以包括在约465℃-约495℃下约8-约12小时的炉处理。
根据变体20，一种方法可以包括使用包括大约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径的具有大于或等于1GW/cm2的功率的高功率密度激光仪来激光冲击强化工作部件的摩擦工作面；并且在约465℃-约495℃下对所述摩擦工作面施加铁素体碳氮共渗工艺约8-约12小时，从而可以加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
根据变体21，一种产品可以包括部件，所述部件可以包括经铸造、在约610℃下实施应力消除工艺约3小时、机械加工以及激光冲击强化的摩擦工作面和设置在所述摩擦工作面上的非晶层，其中所述非晶层的深度为约5微米-约500微米。
变体22可以包括如变体21所述的产品，其中所述部件是铸铁制动器转子。
根据变体23，一种产品可以包括部件，所述部件可以包括经铸造、机械加工、激光冲击强化以及在约450℃下采用铁素体氮碳共渗工艺处理约2-约4小时的摩擦工作面和设置在所述摩擦工作面上的非晶层，其中所述非晶层的深度为约5微米-约500微米。
变体24可以包括如变体23所述的产品，其中所述部件是铸铁制动器转子。
以上对本发明的变体的描述本质上仅仅是说明性的，因此，其变体不被认为是偏离本文献中所公开的本发明的精神和范围。

Claims (24)

1.一种方法，其包括：
激光冲击强化工作部件的摩擦工作面；和
对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
2.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺改善所述摩擦工作面的微观结构，从而形成深度为约5-约500μm的纳米晶层。
3.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺改善所述摩擦工作面的微观结构，从而形成深度小于或等于约500μm的非晶层。
4.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺使用具有约0.5GW/cm2-约5GW/cm2的功率的高功率密度激光仪。
5.根据权利要求1的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺包括在约555℃-约585℃下约2-6小时的炉处理。
6.根据权利要求1的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺包括在约570℃-580℃下约2-4小时的炉处理。
7.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径。
8.根据权利要求1的方法，其还包括在激光冲击强化所述摩擦工作面之前，在约610℃下对所述工作部件施加应力消除处理约2-4小时。
9.根据权利要求1的方法，其还包括在激光冲击强化所述摩擦工作面之前，对所述摩擦工作面进行机械加工。
10.一种方法，其包括：
对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；
激光冲击强化所述摩擦工作面；和
对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
11.根据权利要求10的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺包括在约455℃-约495℃下约8-约12小时的炉处理。
12.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺改善所述摩擦工作面的微观结构，从而形成深度为约5-约500μm的纳米晶层。
13.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺改善所述摩擦工作面的微观结构，从而形成非晶层。
14.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺使用具有约0.5GW/cm2-约5GW/cm2的功率的高功率密度激光仪。
15.根据权利要求1的方法，其中激光冲击强化工艺包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径。
16.根据权利要求1的方法，其还包括在激光冲击强化所述摩擦工作面之前，在约610℃下对所述工作部件施加应力消除处理大于或等于约3小时。
17.一种方法，其包括：
在约610℃下对工作部件施加应力消除处理3小时；
对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；
使用包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径的具有约1GW/cm2的功率的高功率密度激光仪来激光冲击强化所述摩擦工作面；和
对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺，从而加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
18.根据权利要求17的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺包括在约555℃-约585℃下约1-约3小时的炉处理。
19.根据权利要求17的方法，其中所述铁素体氮碳共渗工艺包括在约465℃-约495℃下约8-约12小时的炉处理。
20.一种方法，其包括：
对工作部件的摩擦工作面进行机械加工；
使用包括约3焦耳的脉冲能量、约20纳秒的脉冲持续时间和约3mm的激光束直径的具有大于或等于约1GW/cm2的功率的高功率密度激光仪来激光冲击强化所述摩擦工作面；和
在约465℃-约495℃下对所述摩擦工作面施加铁素体氮碳共渗工艺约8-约12小时，从而加速碳原子和氮原子扩散到所述摩擦工作面中。
21.一种产品，其包括：
包括经铸造、在约610℃下实施应力消除工艺约3小时、机械加工以及激光冲击强化的摩擦工作面和设置在所述摩擦工作面上的非晶层的部件，其中所述非晶层的深度为约5微米-约500微米。
22.根据权利要求21的产品，其中所述部件是铸铁制动器转子。
23.一种产品，其包括：
包括经铸造、机械加工、激光冲击强化以及在约450℃下采用铁素体氮碳共渗工艺处理约2-约4小时的摩擦工作面和设置在所述摩擦工作面上的非晶层的部件，其中所述非晶层的深度为约5微米-约500微米。
24.根据权利要求23的产品，其中所述部件是铸铁制动器转子。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171215

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