專利名稱：鋼領表層非晶態處理工藝和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及紡織生產中的細紗機的主要部件-鋼領的表層處理工藝和裝置。
鋼領是細紗機的易損件之一。我國國內的鋼領材料一般采用普通低碳鋼，經常規碳、氮(C、N)共滲處理后的表面硬度只能達到850Hv左右，且硬度不均勻，使用壽命僅一年左右。國際上鋼領材料采用低碳合金鋼，表面處理后的硬度大于1000Hv，使用壽命可達3年左右。但低碳合金鋼成本高，制造涉及面廣，推廣實施困難。
本發明的目的是提供一種鋼領表層處理的工藝及其裝置，這種工藝及裝置可以使普通低碳鋼材質的鋼領表層工作面(即與鋼絲圈接觸的跑通表面)實現非晶狀態，從而提高鋼領表面的硬度，延長使用壽命。
本發明是這樣實現的對低碳鋼鋼領工作面表層進行滲入C、N、B、Si或P等非晶態形成元素的處理，處理過程中必須注意控制ε相的生成和黑相的產生;將滲入非晶態形成元素后的鋼領置于專門設計的裝置上，作激光速熔急冷處理，使鋼領表面形成非晶狀態。
專門設計的鋼領表層非晶態處理裝置主要由激光源、底座、電動機、傳動轉向機構、鋼領夾具等部分組成。底座包括底板和底板立塊，起支承整個裝置的作用;電動機采用永磁直流式力矩電動機;傳動轉向機構主要包括轉軸、傳動轉軸的蝸桿蝸輪、由轉軸帶動的面板和帶動夾具的齒輪。鋼領夾具采用磁性夾具，主要包括吸住鋼領的磁鋼、磁路板、磁鐵尼龍圈，以及為消除鋼領直徑及圓度誤差造成的影響而使鋼領實現無心旋轉的定位止位桿。
本發明的優點是可采用普通低碳鋼材料制作鋼領，制造成本低，激光處理后提高了鋼領工作面表層的硬度和韌性，使用壽命接近于低碳合金鋼材質的鋼領。
附
圖1為本發明金屬鋼領表層非晶態處理裝置結構圖，附圖2為釹玻璃激光對C、N共滲層作非晶態處理時能量密度與處理后表面硬度的關系，圖3為釹玻璃激光對C、N共滲層作非晶態處理時功率密度與處理后表面硬度的關系，附圖4為YAG激光對C、N共滲層作非晶態處理時功率密度與處理后表面硬度的關系，圖5為CO2激光對C、N共滲層作非晶態處理時功率密度與處理后表面硬度的關系，圖6為釹玻璃激光處理時作用時間與表面硬度的關系，圖7為CO2激光處理時掃描速度與硬度的關系。
以下對本發明作進一步詳細說明。
鋼領表層非晶態處理的工藝包括前處理和激光處理兩部分。前處理的工藝流程為20號普通低碳鋼鋼領制造→C、N共滲處理→淬火→擦光→去油，這一流程中采用已知熱處理工藝在普通低碳鋼鋼領中滲入C、N，處理時必須注意ε相的生成和黑相的產生。
激光處理的工藝過程順序為鋼領上料→裝置轉動→激光閘開啟(自動控制)→時間控制→激光閘關閉→鋼領落取→鋼領取樣分析。
激光處理裝置的結構如圖1所示。激光處理時，將鋼領15置于磁鋼10上，啟動電動機13后，電動機齒輪5傳動變速齒輪6，使由軸承芯座17、磁路板7和磁鋼10組成的結合體旋轉，帶動了鋼領15旋轉。鋼領15旋轉速度的改變可通過調換齒輪或改變電動機13的電流得以實現。蝸桿16轉動后，使轉軸1轉動，并帶動整個面板4轉動，這時可以改變鋼領15與激光束之間的相對角度，以滿足處理要求。由于鋼領15的孔徑存在尺寸及圓度偏差，要求鋼領15自動旋轉時在緊靠定位止位桿11的條件下作無心旋轉，以消除直徑及圓度誤差造成的影響。這種特制的磁性夾具與鋼領15之間無轉差打滑，，但可徑向滑動。磁性夾具的旋轉中心與鋼領15的旋轉中心不重合，向外偏斜1.5-2.5毫米，鋼領15則可緊貼定位止位桿11隨自身的圓度變化而游動。
非晶態處理過程中采用了高能量脈沖釹玻璃激光、高重復頻率YAG激光和大功率CO2激光對鋼領工作面(即跑道)表層作處理，研究了形成非晶態層的可能性，及激光處理工藝條件與處理后鋼領工作面表層的硬度和耐磨性之間的關系。非晶態處理后鋼領的使用壽命可達≥2年。
普通低碳鋼鋼領C、N共滲后激光非晶態處理的工藝參數與處理后鋼領表面硬度間的關系如下激光處理形成非晶態的條件主要取決于照射在金屬表面的激光功率密度、作用時間、被處理材料表面的組織特征及其對激光的吸收特征。只有在激光功率密度高、作用時間短的條件下，鋼領表層所得的熱量才來不及傳入鋼領基體，此時鋼領表層熔化效率高，而鋼領基體處于冷態，造成熔化表層與基體的溫度梯度增大，提高了熔化表層的過冷度，能滿足非晶態的形成條件。因此，處理過程中，釹玻璃激光功率密度采用9×104W/cm2，作用時間100-200μs;YAG激光功率密度采用1.2×106W/cm2，作用時間100μs-40ns;CO2激光功率密度105W/cm2以上，掃描速度400-500mm/s。上述條件下普通低碳鋼鋼領的C、N共滲層均能實現非晶態。表明鋼領表層形成非晶態的重要標志有二一是表面硬度達1000Hv以上，二是電子衍射呈一片白云似的彌散花樣(多晶態電子衍射花樣呈衍射環)。激光作用時間固定條件下，處理后鋼領表面的硬度隨功率密度或能量密度的增大有一最大值(見圖2、3、4、5)，三種激光處理具有同樣的這種規律。當激光功率密度或能量密度適當時，作用時間長短對處理后鋼領的表面硬度影響不大;但當功率密度過高或過低時，表面硬度隨作用時間的增加而顯著提高(見圖6、7)。
普通低碳鋼鋼領C、N共滲后激光非晶態處理的工藝參數與處理后鋼領表層非晶態層深度(亦即厚度)的關系如下由于非晶態層厚度一般很薄，為微米量級，這一厚度與激光非晶態處理工藝參數有關，當激光功率密度未達到足夠大情況下，作用時間的增加對非晶態層的厚度影響不大;但功率密度足夠大，達107W/cm2以上情況下，作用時間對增大非晶態層厚度的效果顯著。
權利要求
1.一種金屬鋼領表層非晶態處理的工藝，所述金屬鋼領的材質為普通低碳鋼，該工藝的特征在于a.所述普通低碳鋼材質中滲有非晶態形成元素C、N、B、Si、P等。b.用激光束對滲有非晶態形成元素的金屬鋼領表層作快速加熱急冷處理，鋼領表層形成非晶狀態。
2.如權利要求1所述的工藝，其特征在于普通低碳鋼材質鋼領中滲入非晶態形成元素的實現方法是對所述鋼領表面作C、N的共滲處理。
3.如權利要求1或2所述的工藝，其特征在于在普通低碳鋼材質中滲入非晶態形成元素過程中必須控制ε相的生成和黑相的產生。
4.如權利要求1所述的工藝，其特征在于所述激光為釹玻璃激光。
5.如權利要求4所述的工藝，其特征在于所述釹玻璃激光的功率密度大于9×104W/cm2，激光作用時間為100-200μs。
6.如權利要求1所述的工藝，其特征在于所述激光為高重復頻率的YAG激光。
7.如權利要求6所述的工藝，其特征在于所述YAG激光的功率密度大于1.2×106W/cm2，激光作用時間100μs-40ns。
8.如權利要求1所述的工藝，其特征在于所述激光為CO2激光。
9.如權利要求8所述的工藝，其特征在于所述CO2激光的功率密度在105W/cm2以上，激光掃描速度400-500mm/s。
10.一種用于金屬鋼領表面非晶態處理的裝置，由激光源、底座、電動機、傳動轉向機構、鋼領夾具等組成，其特征在于所述底座包括底板12、底板立塊2、3，所述電動機13為永磁直流式力矩電動機13，所述傳動轉向機構包括轉軸1、傳動轉軸1的蝸桿16、蝸輪14、電動機齒輪5、由轉軸1帶動的面板4、傳動夾具的齒輪6。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于所述鋼領夾具為磁性夾具，它通過軸承8固定，主要包括磁鋼10、磁路板7、磁鐵尼龍圈9和鋼領定位止位桿11。
全文摘要
本發明提供了一種紡織生產中細紗機鋼領的激光非晶態處理的工藝和裝置，這種鋼領采用普通低碳鋼制造，鋼領表層先滲入非晶態形成元素，再在專用裝置上用激光對鋼領工作面表層作速熔急冷處理，形成非晶態層，提高鋼領表層的硬度，延長使用壽命。與低碳合金鋼材質的鋼領相比制造成本低，易于推廣應用。
文檔編號C23C8/80GK1079257SQ9210843
公開日1993年12月8日 申請日期1992年5月23日 優先權日1992年5月23日
發明者吳惠元, 陳蘭英, 俞繩祖, 崔季秀, 陳澤興, 錢紅斌, 欒柏榮, 馬玉龍, 張繼唯 申請人:上海紡織機件制造一廠, 中國科學院上海光學精密機械研究所