火炮身管内表面激光硬化处理的实验研究.pdf

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1、第24卷第4期兵工学报VOl.24NO.42003年11月ACTAARMAMENTARIINOV.2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!火炮身管内表面激光硬化处理的实验研究王扬邓宗全齐立涛（哈尔滨工业大学机电学院，机械制造及自动化系，黑龙江哈尔滨，150001）摘要提高身管寿命是火炮行业亟待解决的关键技术问题，激光表面改性技术是解决这一问题的有效方法之一。本文在分析激光表面相变硬化性能的基础上，对身管内表面进行了激光硬化处理实验研究，

2、检测了其内表面阳线和阴线的硬化层硬度和深度，对比分析了离焦量和焦深对其内表面硬化层硬度的影响，并对激光相变硬化层金相组织进行了分析。经激光硬化处理后，身管的内表面硬度有明显提高，硬化层较深，且为很细的条状马氏体组织。关键词机械制造工艺与设备；激光；相变硬化；火炮身管；离焦量中图分类号TN249；TG15G.99!前言更高的耐腐蚀性能。（5）激光相变硬化的表面形状变化图0.1（（!）激光处理前；（"）激光处理后）为激提高火炮身管的寿命是火炮行业亟待解决的关［4］光相变硬化时的表面粗糙度变化。由图可见，适键问题之一。解决这一问题的有

3、效方法是对身管内当选择激光辐照条件，激光处理后的表面粗糙度与表面进行强化处理，以提高其耐磨性、耐烧蚀性和耐处理前的表面粗糙度有一定的差别，但变化很小，几冲击磨损的性能等。激光表面改性技术是提高金属乎不影响工件的力学性能。表面物理性能的有效方法之一，因此它被广泛地应用于工业上。其中激光表面相变硬化技术在工业上应用最为广泛。国内外的研究报告已经表明，激光表面相变硬化层具有以下特点：（1）硬度一般而言，金属材料激光硬化处理后的硬度要高于感应淬火的硬度［1］，其本质仍为马氏体组织相变硬化，该组织有别于常规淬火，所形成的马氏体细小且含有高

4、的图0.1激光相变硬化对粗糙度的影响［4］缺陷密度。此外，碳化物的细小弥散强化、细晶强化［4］Fig.0.1EffectOflaserhardeningOnsurfacerOughness和残余奥氏体的大量存在等都对超高硬度有重大的贡献。（2）耐磨性激光相变硬化可以改善材料的耐［3］"炮钢表面激光硬化处理磨性，使碳素工具钢、合金工具钢在干摩擦条件下的耐磨性提高许多倍，且摩擦系数和稳定接触表"."炮钢激光硬化处理层性能测试面损失均很小，没有粘着区和金属的转变。（3）疲劳（1）处理后的硬度和硬化层深度测试炮钢材强度激光相变硬化的另一

5、特点是显著提高材料的料为38CrNi3MOV，原始硬度在40HRC以下。用疲劳强度［3］。由于激光硬化时表层马式体转变导C02激光器（1500W），试件发黑处理，改变激光参致的体积膨胀，使硬化区中存在有很高的残余压应数，检测激光处理后硬化层硬度和深度，结果见表力，它可有效阻止通常产生在表面的疲劳裂纹的扩1.1。由表可见，硬度提高比较明显，硬化层比较深，展。（4）耐蚀性激光相变硬化后硬化层具有比基体如果激光参数选择合适，深度可达1mm以上。2002年7月收稿，2003年9月定稿。第B期BCC表!"!炮钢表面激光处理化的效果，选择激

6、光焦点在阳线表面上，这样阴线#$%"!"!&$’()*$)+(,-,./,0*(’1)2$3(/2456)7-48/9表面离焦点就有一定的离焦量，硬化层深度$（如D激光扫描速度激光功率激光光斑处理层硬硬化层深度图!"D（"））较小，为此进行了离焦量大小对硬化层／::·’;!／<直径／::度（=>6）!／::深度及硬度影响的实验研究，结果如图!F4（扫描!?@??4"?AB"??"5速度%K!@::／’，曲线!、D、4的离焦量分别为!@@??4"?A!"??"C?、D、DF@::）。用!@??<功率的6LD激光器在D?@??4"?

7、AD"??"A456)7-48/9炮钢材料上所做的实验结果可以看!?@??4"@A4"??"C出，离焦量为?时，试件表面正好处于激光焦平面!?A??4"@AD"??"E上，此时处理的硬化层硬度和深度都比较大，而离焦!@A??4"@AD"!?"A量越大则硬化层硬度和深度越小。注：!洛氏硬度值系由表层显微硬度=9?"!的换算值。（D）金相组织炮钢激光硬化处理后的金相组织与基体组织如图!F!（（!）全貌；（"）淬火组织；（#）基体组织）所示，实验条件为：扫描速度!?::／’；激光功率@??<；激光光斑直径!4::"由图!F!可见，淬火

8、后的组织有明显的细小条状马氏体组织，因而硬度有明显的提高。图!"D火炮身管内表面激光硬化处理及硬化层深度示意图I-."!"D&$’()*$)+(,-,.’M(03*2/)%$))(N-,,()’1)$23(/20*(.1,图!"!炮钢材料组织GH8照片I-."!