CN92108437.4
1992.05.23
CN1079257A
1993.12.08
终止
无权
专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日：1996.7.31|||地址不明的通知收件人:上海纺织机件制造一厂文件名称:专利权终止通知书|||地址不明的通知收件人:上海纺织机件制造一厂文件名称:缴费通知书|||授权||||||公开
C21D1/09; C23C8/00; C23C8/80; D01H7/52
上海纺织机件制造一厂; 中国科学院上海光学精密机械研究所
吴惠元; 陈兰英; 俞绳祖; 崔季秀; 陈泽兴; 钱红斌; 栾柏荣; 马玉龙; 张继唯
200060上海市安远路720号
上海纺织专利咨询服务组
陈伟勇;沈天培
本发明提供了一种纺织生产中细纱机钢领的激光非晶态处理的工艺和装置，这种钢领采用普通低碳钢制造，钢领表层先渗入非晶态形成元素，再在专用装置上用激光对钢领工作面表层作速熔急冷处理，形成非晶态层，提高钢领表层的硬度，延长使用寿命。与低碳合金钢材质的钢领相比制造成本低，易于推广应用。
1、一种金属钢领表层非晶态处理的工艺，所述金属钢领的材质为普通低碳钢，该工艺的特征在于： a.所述普通低碳钢材质中渗有非晶态形成元素C、N、B、Si、P等。 b.用激光束对渗有非晶态形成元素的金属钢领表层作快速加热急冷处理，钢领表层形成非晶状态。 2、如权利要求1所述的工艺，其特征在于普通低碳钢材质钢领中渗入非晶态形成元素的实现方法是对所述钢领表面作C、N的共渗处理。 3、如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于在普通低碳钢材质中渗入非晶态形成元素过程中必须控制ε相的生成和黑相的产生。 4、如权利要求1所述的工艺，其特征在于所述激光为钕玻璃激光。 5、如权利要求4所述的工艺，其特征在于所述钕玻璃激光的功率密度大于9×104W/cm2，激光作用时间为100-200μs。 6、如权利要求1所述的工艺，其特征在于所述激光为高重复频率的YAG激光。 7、如权利要求6所述的工艺，其特征在于所述YAG激光的功率密度大于1.2×106W/cm2，激光作用时间100μs-40ns。 8、如权利要求1所述的工艺，其特征在于所述激光为CO2激光。 9、如权利要求8所述的工艺，其特征在于所述CO2激光的功率密度在105W/cm2以上，激光扫描速度400-500mm/s。 10、一种用于金属钢领表面非晶态处理的装置，由激光源、底座、电动机、传动转向机构、钢领夹具等组成，其特征在于所述底座包括底板12、底板立块2、3，所述电动机13为永磁直流式力矩电动机13，所述传动转向机构包括转轴1、传动转轴1的蜗杆16、蜗轮14、电动机齿轮5、由转轴1带动的面板4、传动夹具的齿轮6。 11、如权利要求10所述的装置，其特征在于所述钢领夹具为磁性夹具，它通过轴承8固定，主要包括磁钢10、磁路板7、磁铁尼龙圈9和钢领定位止位杆11。
本发明涉及纺织生产中的细纱机的主要部件-钢领的表层处理工艺和装置。 钢领是细纱机的易损件之一。我国国内的钢领材料一般采用普通低碳钢，经常规碳、氮（C、N）共渗处理后的表面硬度只能达到850Hv左右，且硬度不均匀，使用寿命仅一年左右。国际上钢领材料采用低碳合金钢，表面处理后的硬度大于1000Hv，使用寿命可达3年左右。但低碳合金钢成本高，制造涉及面广，推广实施困难。 本发明的目的是提供一种钢领表层处理的工艺及其装置，这种工艺及装置可以使普通低碳钢材质的钢领表层工作面（即与钢丝圈接触的跑通表面）实现非晶状态，从而提高钢领表面的硬度，延长使用寿命。 本发明是这样实现的：对低碳钢钢领工作面表层进行渗入C、N、B、Si或P等非晶态形成元素的处理，处理过程中必须注意控制ε相的生成和黑相的产生;将渗入非晶态形成元素后的钢领置于专门设计的装置上，作激光速熔急冷处理，使钢领表面形成非晶状态。 专门设计的钢领表层非晶态处理装置主要由激光源、底座、电动机、传动转向机构、钢领夹具等部分组成。底座包括底板和底板立块，起支承整个装置的作用;电动机采用永磁直流式力矩电动机;传动转向机构主要包括转轴、传动转轴的蜗杆蜗轮、由转轴带动的面板和带动夹具的齿轮。钢领夹具采用磁性夹具，主要包括吸住钢领的磁钢、磁路板、磁铁尼龙圈，以及为消除钢领直径及圆度误差造成的影响而使钢领实现无心旋转的定位止位杆。 本发明的优点是可采用普通低碳钢材料制作钢领，制造成本低，激光处理后提高了钢领工作面表层的硬度和韧性，使用寿命接近于低碳合金钢材质的钢领。 附图1为本发明金属钢领表层非晶态处理装置结构图，附图2为钕玻璃激光对C、N共渗层作非晶态处理时能量密度与处理后表面硬度的关系，图3为钕玻璃激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密 度与处理后表面硬度的关系，附图4为YAG激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密度与处理后表面硬度的关系，图5为CO2激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密度与处理后表面硬度的关系，图6为钕玻璃激光处理时作用时间与表面硬度的关系，图7为CO2激光处理时扫描速度与硬度的关系。 以下对本发明作进一步详细说明。 钢领表层非晶态处理的工艺包括前处理和激光处理两部分。前处理的工艺流程为：20号普通低碳钢钢领制造→C、N共渗处理→淬火→擦光→去油，这一流程中采用已知热处理工艺在普通低碳钢钢领中渗入C、N，处理时必须注意ε相的生成和黑相的产生。 激光处理的工艺过程顺序为：钢领上料→装置转动→激光闸开启（自动控制）→时间控制→激光闸关闭→钢领落取→钢领取样分析。 激光处理装置的结构如图1所示。激光处理时，将钢领15置于磁钢10上，启动电动机13后，电动机齿轮5传动变速齿轮6，使由轴承芯座17、磁路板7和磁钢10组成的结合体旋转，带动了钢领15旋转。钢领15旋转速度的改变可通过调换齿轮或改变电动机13的电流得以实现。蜗杆16转动后，使转轴1转动，并带动整个面板4转动，这时可以改变钢领15与激光束之间的相对角度，以满足处理要求。由于钢领15的孔径存在尺寸及圆度偏差，要求钢领15自动旋转时在紧靠定位止位杆11的条件下作无心旋转，以消除直径及圆度误差造成的影响。这种特制的磁性夹具与钢领15之间无转差打滑，，但可径向滑动。磁性夹具的旋转中心与钢领15的旋转中心不重合，向外偏斜1.5-2.5毫米，钢领15则可紧贴定位止位杆11随自身的圆度变化而游动。 非晶态处理过程中采用了高能量脉冲钕玻璃激光、高重复频率YAG激光和大功率CO2激光对钢领工作面（即跑道）表层作处理，研究了形成非晶态层的可能性，及激光处理工艺条件与处理后钢领工作面表层的硬度和耐磨性之间的关系。非晶态处理后钢领的使用寿命可达≥2年。 普通低碳钢钢领C、N共渗后激光非晶态处理的工艺参数与处理后钢领表面硬度间的关系如下：激光处理形成非晶态的条件主要取决于照射在金属表面的激光功率密度、作用时间、被处理材料表面的组织特征及其对激光的吸收特征。只有在激光功率密度高、作用时间短的条件下，钢领表层所得的热量才来不及传入钢领基体，此时钢领表层熔化效率高，而钢领基体处于冷态，造成熔化表层与基体的温度梯度增大，提高了熔化表层的过冷度，能满足非晶态的形成条件。因此，处理过程中，钕玻璃激光功率密度采用9×104W/cm2，作用时间100-200μs;YAG激光功率密度采用1.2×106W/cm2，作用时间100μs-40ns;CO2激光功率密度105W/cm2以上，扫描速度400-500mm/s。上述条件下普通低碳钢钢领的C、N共渗层均能实现非晶态。表明钢领表层形成非晶态的重要标志有二：一是表面硬度达1000Hv以上，二是电子衍射呈一片白云似的弥散花样（多晶态电子衍射花样呈衍射环）。激光作用时间固定条件下，处理后钢领表面的硬度随功率密度或能量密度的增大有一最大值（见图2、3、4、5），三种激光处理具有同样的这种规律。当激光功率密度或能量密度适当时，作用时间长短对处理后钢领的表面硬度影响不大;但当功率密度过高或过低时，表面硬度随作用时间的增加而显著提高（见图6、7）。 普通低碳钢钢领C、N共渗后激光非晶态处理的工艺参数与处理后钢领表层非晶态层深度（亦即厚度）的关系如下：由于非晶态层厚度一般很薄，为微米量级，这一厚度与激光非晶态处理工艺参数有关，当激光功率密度未达到足够大情况下，作用时间的增加对非晶态层的厚度影响不大;但功率密度足够大，达107W/cm2以上情况下，作用时间对增大非晶态层厚度的效果显著。
本发明涉及纺织生产中的细纱机的主要部件-钢领的表层处理工艺和装置。
钢领是细纱机的易损件之一。我国国内的钢领材料一般采用普通低碳钢，经常规碳、氮（C、N）共渗处理后的表面硬度只能达到850Hv左右，且硬度不均匀，使用寿命仅一年左右。国际上钢领材料采用低碳合金钢，表面处理后的硬度大于1000Hv，使用寿命可达3年左右。但低碳合金钢成本高，制造涉及面广，推广实施困难。
本发明的目的是提供一种钢领表层处理的工艺及其装置，这种工艺及装置可以使普通低碳钢材质的钢领表层工作面（即与钢丝圈接触的跑通表面）实现非晶状态，从而提高钢领表面的硬度，延长使用寿命。
本发明是这样实现的：对低碳钢钢领工作面表层进行渗入C、N、B、Si或P等非晶态形成元素的处理，处理过程中必须注意控制ε相的生成和黑相的产生;将渗入非晶态形成元素后的钢领置于专门设计的装置上，作激光速熔急冷处理，使钢领表面形成非晶状态。
专门设计的钢领表层非晶态处理装置主要由激光源、底座、电动机、传动转向机构、钢领夹具等部分组成。底座包括底板和底板立块，起支承整个装置的作用;电动机采用永磁直流式力矩电动机;传动转向机构主要包括转轴、传动转轴的蜗杆蜗轮、由转轴带动的面板和带动夹具的齿轮。钢领夹具采用磁性夹具，主要包括吸住钢领的磁钢、磁路板、磁铁尼龙圈，以及为消除钢领直径及圆度误差造成的影响而使钢领实现无心旋转的定位止位杆。
本发明的优点是可采用普通低碳钢材料制作钢领，制造成本低，激光处理后提高了钢领工作面表层的硬度和韧性，使用寿命接近于低碳合金钢材质的钢领。
附图1为本发明金属钢领表层非晶态处理装置结构图，附图2为钕玻璃激光对C、N共渗层作非晶态处理时能量密度与处理后表面硬度的关系，图3为钕玻璃激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密 度与处理后表面硬度的关系，附图4为YAG激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密度与处理后表面硬度的关系，图5为CO2激光对C、N共渗层作非晶态处理时功率密度与处理后表面硬度的关系，图6为钕玻璃激光处理时作用时间与表面硬度的关系，图7为CO2激光处理时扫描速度与硬度的关系。
以下对本发明作进一步详细说明。
钢领表层非晶态处理的工艺包括前处理和激光处理两部分。前处理的工艺流程为：20号普通低碳钢钢领制造→C、N共渗处理→淬火→擦光→去油，这一流程中采用已知热处理工艺在普通低碳钢钢领中渗入C、N，处理时必须注意ε相的生成和黑相的产生。
激光处理的工艺过程顺序为：钢领上料→装置转动→激光闸开启（自动控制）→时间控制→激光闸关闭→钢领落取→钢领取样分析。
激光处理装置的结构如图1所示。激光处理时，将钢领15置于磁钢10上，启动电动机13后，电动机齿轮5传动变速齿轮6，使由轴承芯座17、磁路板7和磁钢10组成的结合体旋转，带动了钢领15旋转。钢领15旋转速度的改变可通过调换齿轮或改变电动机13的电流得以实现。蜗杆16转动后，使转轴1转动，并带动整个面板4转动，这时可以改变钢领15与激光束之间的相对角度，以满足处理要求。由于钢领15的孔径存在尺寸及圆度偏差，要求钢领15自动旋转时在紧靠定位止位杆11的条件下作无心旋转，以消除直径及圆度误差造成的影响。这种特制的磁性夹具与钢领15之间无转差打滑，，但可径向滑动。磁性夹具的旋转中心与钢领15的旋转中心不重合，向外偏斜1.5-2.5毫米，钢领15则可紧贴定位止位杆11随自身的圆度变化而游动。
非晶态处理过程中采用了高能量脉冲钕玻璃激光、高重复频率YAG激光和大功率CO2激光对钢领工作面（即跑道）表层作处理，研究了形成非晶态层的可能性，及激光处理工艺条件与处理后钢领工作面表层的硬度和耐磨性之间的关系。非晶态处理后钢领的使用寿命可达≥2年。
普通低碳钢钢领C、N共渗后激光非晶态处理的工艺参数与处理后钢领表面硬度间的关系如下：激光处理形成非晶态的条件主要取决于照射在金属表面的激光功率密度、作用时间、被处理材料表面的组织特征及其对激光的吸收特征。只有在激光功率密度高、作用时间短的条件下，钢领表层所得的热量才来不及传入钢领基体，此时钢领表层熔化效率高，而钢领基体处于冷态，造成熔化表层与基体的温度梯度增大，提高了熔化表层的过冷度，能满足非晶态的形成条件。因此，处理过程中，钕玻璃激光功率密度采用9×104W/cm2，作用时间100-200μs;YAG激光功率密度采用1.2×106W/cm2，作用时间100μs-40ns;CO2激光功率密度105W/cm2以上，扫描速度400-500mm/s。上述条件下普通低碳钢钢领的C、N共渗层均能实现非晶态。表明钢领表层形成非晶态的重要标志有二：一是表面硬度达1000Hv以上，二是电子衍射呈一片白云似的弥散花样（多晶态电子衍射花样呈衍射环）。激光作用时间固定条件下，处理后钢领表面的硬度随功率密度或能量密度的增大有一最大值（见图2、3、4、5），三种激光处理具有同样的这种规律。当激光功率密度或能量密度适当时，作用时间长短对处理后钢领的表面硬度影响不大;但当功率密度过高或过低时，表面硬度随作用时间的增加而显著提高（见图6、7）。
普通低碳钢钢领C、N共渗后激光非晶态处理的工艺参数与处理后钢领表层非晶态层深度（亦即厚度）的关系如下：由于非晶态层厚度一般很薄，为微米量级，这一厚度与激光非晶态处理工艺参数有关，当激光功率密度未达到足够大情况下，作用时间的增加对非晶态层的厚度影响不大;但功率密度足够大，达107W/cm2以上情况下，作用时间对增大非晶态层厚度的效果显著。
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本发明提供了一种纺织生产中细纱机钢领的激光非晶态处理的工艺和装置，这种钢领采用普通低碳钢制造，钢领表层先渗入非晶态形成元素，再在专用装置上用激光对钢领工作面表层作速熔急冷处理，形成非晶态层，提高钢领表层的硬度，延长使用寿命。与低碳合金钢材质的钢领相比制造成本低，易于推广应用。。
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