專利名稱：電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于球墨鑄鐵的表面改性處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電梯安全鉗球墨鑄 鐵楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化(Laser TransformationHardening，簡(jiǎn)稱LTH)處理方法。
背景技術(shù)：
安全鉗是電梯必不可少的安全裝置，當(dāng)電梯轎廂處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，在自重作 用下，楔塊處于最下方，其摩擦工作面與電梯導(dǎo)軌保持一定的間距。電梯在異常狀態(tài)下，其 轎廂快速下墜且速度達(dá)到限速器設(shè)定的動(dòng)作速度時(shí)，隨即觸發(fā)限速器動(dòng)作，限速器通過提 拉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提起楔塊，直至楔塊的摩擦工作面與電梯導(dǎo)軌相接觸；而與此同時(shí)彈性元件也 漲開，直至楔塊行程的極限位置，從而使楔塊牢牢地夾持電梯導(dǎo)軌，使電梯停止運(yùn)動(dòng)，從而 保證電梯轎箱里的人或物品的安全。目前的安全鉗基本上采用楔塊式制動(dòng)元件(見圖1)，且楔塊的材質(zhì)通常為球墨鑄 鐵QT600-3。經(jīng)布氏硬度測(cè)試，結(jié)果為HB244、HB255、HB249，平均為HB249。經(jīng)球化率評(píng)級(jí) (見圖2)為4級(jí)，珠光體含量(見圖3)為40 70%，石墨球徑為5級(jí)。鑄件表面未見氣 孔、砂眼等鑄造缺陷，符合技術(shù)要求。經(jīng)斷口及金相檢驗(yàn)，其組織為球狀石墨+珠光體+鐵 素體，基體中發(fā)現(xiàn)有裂縫存在(見圖4、5)。安全鉗在動(dòng)作時(shí)由于楔塊的摩擦面(即與導(dǎo)軌摩擦制動(dòng)的工作面)受到較大的切 向分力和法向分力的沖擊，在法向分力作用下，球墨鑄鐵中的石墨容易變形、破碎，使金屬 基體的連續(xù)性遭到破壞，使材料變脆，呈薄片剝落(見圖6)，在切向分力作用下，磨料沿平 行于接觸面的方向?qū)w材料進(jìn)行切削(見圖7)，使材料強(qiáng)度降低。因此，普通安全鉗的楔 塊存在耐磨性差、摩擦系數(shù)小、電梯運(yùn)行速度對(duì)摩擦系數(shù)影響較大等等缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致安全 鉗的制造成本很高、制動(dòng)性能較差、且壽命較短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種電梯安全鉗球墨鑄鐵楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，其 所制得的楔塊具有較高的耐磨性，同時(shí)也保持了較大的摩擦系數(shù)，達(dá)到了既具有較長(zhǎng)的使 用壽命，又具有足夠的制停能力的技術(shù)效果。高能密度的激光束用于材料表面處理已取得很大進(jìn)展。激光表面改性在晶粒度、 位錯(cuò)密度、殘余應(yīng)力、硬度等方面與傳統(tǒng)熱處理工藝相比較有明顯改善，再加上激光處理的 高柔性、高效率、低消耗、無(wú)污染及易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)，使之成為當(dāng)前大力發(fā)展綠色 制造、低碳經(jīng)濟(jì)的重要技術(shù)內(nèi)容之一。但對(duì)于電梯安全鉗等重要機(jī)械零部件工作面既要具 有較高的耐磨性，又要在制停過程中保持較高的摩擦系數(shù)而言，按傳統(tǒng)強(qiáng)度理論，要提高耐 磨性，就要降低摩擦系數(shù)，因而采用傳統(tǒng)加工工藝難以滿足上述機(jī)械零部件的技術(shù)要求。能 否采用LTH新工藝來達(dá)到此技術(shù)要求，這是本發(fā)明所要解決的，此技術(shù)方案目前尚未見國(guó) 內(nèi)外有相關(guān)的公開。激光相變強(qiáng)化(LTH)又稱激光表面淬火，是用高能量密度的激光束快速掃描金屬材料表面，使金屬表層溫度迅速被加熱到奧氏體化溫度以上、熔點(diǎn)以下(可由LTH工藝參數(shù) 來控制)，由于只有激光輻照的有限部位被短時(shí)加熱，被激光輻照的表面區(qū)內(nèi)會(huì)形成很大的 溫度梯度，因此激光掃描過后，加熱區(qū)的熱量會(huì)經(jīng)熱傳導(dǎo)快速向周邊擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)輻照表 面的快速自淬火。本發(fā)明所要解決的技術(shù)難題在于如何根據(jù)LTH的基本原理，提供一種針對(duì)電梯安 全鉗楔塊工作面的LTH處理方法，使之具有較高的耐磨性，同時(shí)也保持較大的摩擦系數(shù)，達(dá) 到既有較長(zhǎng)的使用壽命，又具有足夠制停能力的服役性能。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方 案電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，其按如下步驟(1)對(duì)楔塊工作面進(jìn)行清潔處理；(2)楔塊工作面涂覆一層吸收CO2激光的涂料；(3)在惰性氣體保持下，采用CO2激光光束垂直于楔塊工作面并沿楔塊工作面連續(xù) 零搭接掃描輻照，其中0)2激光光束掃描功率密度lX104W/Cm2-1.2X104W/Cm2;C02激光 光束掃描速度8mm/S-20mm/S。在C02激光光束輻照區(qū)，微觀上產(chǎn)生的”軟硬相間”，并且在 球狀石墨周圍產(chǎn)生一層強(qiáng)化殼的顯微組織。所述電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，CO2激光光束沿楔塊工作 面的長(zhǎng)邊掃描輻照。所述電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，CO2激光光束的掃描功率 密度1 X 104ff/Cm2 ；CO2激光光束掃描速度8mm/s。所述電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，CO2激光光束掃描功率密 度1. 2X104ff/Cm2 ；CO2激光光束掃描速度20mm/s。下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的原理、試驗(yàn)及技術(shù)效果作如下說明1、電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化工藝開發(fā)及其顯微組織由于對(duì)楔塊工作面既有耐磨性要求，又有摩擦系數(shù)的要求，而且要承受短時(shí)重載， 因此必須既考慮單道激光相變強(qiáng)化的工藝參數(shù)，又要考慮多道激光處理的掃描花樣，經(jīng)過 系統(tǒng)的激光處理工藝試驗(yàn)，包括分別在窄光束及寬光束下調(diào)整激光輻照功率、掃描速度及 光斑尺寸等工藝參數(shù)，得到了在目前CO2激光處理設(shè)備條件下較佳的激光處理工藝參數(shù)組 激光掃描功率密度1 X IO4 1. 2X 104W/Cm2，激光掃描速度8 20mm/s，寬光束1. 5 X 10 1. 5 X 20_，涂覆吸光涂料。對(duì)經(jīng)上述激光處理的楔塊剖面進(jìn)行金相分析，圖8為楔塊材料的原始組織，圖9 為楔塊工作面的LTH組織，測(cè)試結(jié)果表明，此時(shí)單道LTH表面寬度8. 2mm,單道LTH層深 0.4mm，單道 LTH 區(qū)內(nèi)顯微硬度分布(由表及里)HV997. 9、911· 9、911· 9、919· 7、936· 5、 489.0、383.6、360.6，(基體)238. 4，尤其值得關(guān)注的是在LTH區(qū)域內(nèi)球狀石墨周圍的組織 變化，相比于基體中球狀石墨周圍的鐵素體相(圖10)，在LTH區(qū)中，原顯微組織發(fā)生了較大 變化，其中球狀石墨周圍由于加熱溫度較高，促進(jìn)C原子擴(kuò)散至包圍石墨球的薄層中，在隨 后的相變過程中，由LTH溫度場(chǎng)及冷卻速度場(chǎng)的共同作用，使上述石墨球周圍形成強(qiáng)化殼 層，該強(qiáng)化殼層在LTH的表層內(nèi)是細(xì)M(馬氏體)(圖11)，在中間層內(nèi)是細(xì)M或M+F(馬氏 體+鐵素體)(圖12)，過渡層內(nèi)是M+F(圖13)。按近代強(qiáng)度理論，球墨鑄鐵中石墨球在實(shí) 際工況下通常被認(rèn)為是工件材料的薄弱環(huán)節(jié)及可能的裂紋源，而一旦有一層強(qiáng)化殼層包圍 著石墨球，則在工件服役過程中不管承受恒定的，還是交變的，甚至是短暫的載荷，此強(qiáng)化
4殼層均能起著提高可能產(chǎn)生裂紋的萌生門檻值并減慢其擴(kuò)展速率的顯著作用，而周圍基體 在LTH區(qū)域內(nèi)亦已從原珠光體+鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的混合型馬氏體+少量殘余奧氏體的微 觀“軟硬相間”的顯微組織，上述均使QT600-3為基材的安全鉗漸進(jìn)式楔塊在實(shí)際使用工況 下耐磨性的明顯提高，并且同時(shí)保持足夠的摩擦系數(shù)。2、比對(duì)試驗(yàn)2. 1、QJB2500型安全鉗使用普通(即現(xiàn)有技術(shù))滑動(dòng)楔塊的落下試驗(yàn)工況①P+Q :3200kg ；額定速度:1. 75m/s ；提升高度:277mm ；②使用13K導(dǎo)軌，導(dǎo)軌防銹油擦干凈，涂46#導(dǎo)軌油；③板簧規(guī)格為U14mmX 100mm,板簧張開量5. 7mm ；使用普通滑動(dòng)楔塊；④在新導(dǎo)軌上連續(xù)落下4次，滑動(dòng)楔塊有較嚴(yán)重的劃痕磨損。(見附圖14、15)2. 2、QJB2500型安全鉗使用經(jīng)過本發(fā)明激光表面處理后的滑動(dòng)楔塊的落下試驗(yàn)工 況①P+Q :3200kg ；額定速度1. 75m/s ；提升高度277mm ；②使用13K導(dǎo)軌，導(dǎo)軌防銹油擦干凈，涂46#導(dǎo)軌油；③板簧規(guī)格為U14mmX 100mm,板簧張開量5. 7mm ；使用經(jīng)本發(fā)明激光表面處理后 的楔塊；④在新導(dǎo)軌上連續(xù)落下8次，楔塊幾乎沒有磨損。(見附圖16、17)3、滑動(dòng)楔塊經(jīng)過激光表面處理試驗(yàn)結(jié)論(技術(shù)效果)〔1〕使用普通滑動(dòng)楔塊進(jìn)行四次落下試驗(yàn)后，滑動(dòng)楔塊就有較嚴(yán)重的劃痕磨損，無(wú) 法再試驗(yàn)；若再需要進(jìn)行落下試驗(yàn)時(shí)，就必須要更換滑動(dòng)楔塊；而使用經(jīng)過本發(fā)明激光表 面處理的滑動(dòng)楔塊進(jìn)行落下試驗(yàn)時(shí)，在試驗(yàn)次數(shù)比法規(guī)要求增加一倍的條件下(法規(guī)規(guī)定 3次，而試驗(yàn)進(jìn)行了 8次)，滑動(dòng)楔塊幾乎沒有磨損。這樣，既使是安全鉗經(jīng)過多次動(dòng)作也不 需要象使用普通滑動(dòng)楔塊那樣更換滑動(dòng)楔塊，從而節(jié)省了更換滑動(dòng)楔塊的費(fèi)用和維修保養(yǎng) 工時(shí)?！?2〕從落下曲線比較看，使用經(jīng)過激光表面處理滑動(dòng)楔塊的落下試驗(yàn)曲線很平滑， 最大減速度的尖點(diǎn)不明顯，幾乎可以達(dá)到勻減速狀態(tài)。這樣，使用經(jīng)過激光表面處理滑動(dòng)楔 塊的安全鉗動(dòng)作后，電梯將以勻減速制停，乘客在電梯制停過程的安全性提高。〔 3〕從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，安全鉗的板簧出力相同，使用經(jīng)過本發(fā)明激光表面處理滑動(dòng) 楔塊的平均減速度比使用普通滑動(dòng)楔塊的大，這說明經(jīng)過激光表面處理滑動(dòng)楔塊與導(dǎo)軌的 摩擦系數(shù)比使用普通滑動(dòng)楔塊的大。當(dāng)采用相同的板簧時(shí)，使用經(jīng)過激光表面處理滑動(dòng)楔 塊的安全鉗許用載荷增大，從而可以將板簧的規(guī)格降低，達(dá)到降低板簧及安全鉗成本的目 的。〔4〕從多次落下數(shù)據(jù)來看，使用普通滑動(dòng)楔塊的平均減速度變化比較大，而使用經(jīng) 過本發(fā)明激光表面處理滑動(dòng)楔塊的變化很小，這說明使用經(jīng)過激光表面處理滑動(dòng)楔塊的安 全鉗性能穩(wěn)定。


圖1是現(xiàn)有雙楔式安全鉗的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a、2b是QT600-3球墨鑄鐵的球化評(píng)級(jí)圖。
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圖3a、3b是QT600-3球墨鑄鐵的珠光含量圖。圖4a、4b、4c是QT600-3球墨鑄鐵的斷口檢驗(yàn)圖。圖5是QT600-3球墨鑄鐵的金相檢驗(yàn)圖。圖6、7是現(xiàn)有安全鉗楔塊工作后的金屬基體圖。圖8是楔塊材料的原始組織圖。圖9是楔塊工作面的LTH組織圖。圖10是基體中球狀石墨周圍的鐵素體相圖。圖11、12、13是經(jīng)本發(fā)明處理后形成的強(qiáng)化殼層圖。圖14是試驗(yàn)前(未經(jīng)本發(fā)明方法處理)的楔塊工作面。圖15是試驗(yàn)后(未經(jīng)本發(fā)明方法處理)的楔塊工作面。圖16是試驗(yàn)前(經(jīng)本發(fā)明方法處理)的楔塊工作面。圖17是試驗(yàn)后(經(jīng)本發(fā)明方法處理)的楔塊工作面。圖18是第一組對(duì)比試驗(yàn)。圖19是第二組對(duì)比試驗(yàn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例1 基材為球墨鑄鐵QT600-3的電梯安全鉗楔塊摩擦工作面的LTH處理方 法球墨鑄鐵基體硬度平均值HB249，球化率4級(jí)，珠光體含量40 70 %，組織為球狀石墨 +珠光體+鐵素體；按以下步驟進(jìn)行1、對(duì)楔塊摩擦工作面進(jìn)行去油污及去銹跡處理可采用丙銅擦洗而去除油污；可 采用打磨、沙子去除銹跡。2、對(duì)楔塊摩擦工作面涂覆一層吸收CO2激光的涂料，涂料主要配方如下(wt為重 量百分比)SiO2 :20wt%CeO2 :10wt%輔以無(wú)水乙醇 45wt%亞硝酸鈉 5wt%六偏磷酸納 8wt%聚乙烯醇 12wt%將上述各料在球磨機(jī)中充分?jǐn)噭?dòng)混合后使用，其可以提高CO2激光的吸收率，吸收 率達(dá)90%以上。3、在氬氣保持下，采用CO2橫向流動(dòng)激光器及寬帶導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控工作臺(tái)(前述儀 器都是現(xiàn)有技術(shù))，將CO2激光光束垂直于楔塊工作面并沿其長(zhǎng)邊連續(xù)零搭接平行掃描輻 照，其中激光掃描功率密度1X104W/Cm2 ；激光掃描速度8mm/s。注(I)CO2激光光束垂直掃描可提高吸收率，楔塊工作面的長(zhǎng)邊方向是楔塊動(dòng)作時(shí)的 運(yùn)動(dòng)方向。(2)涂料也可以采用其它材料制成以氧化物為主料，輔以分散劑、防銹劑、潤(rùn)濕劑、溶劑，經(jīng)球墨機(jī)充分混合制得。實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于激光掃描功率密度1. 2 X IO4W/ Cm2 ；激光掃描速度20mm/s。實(shí)施例3 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于激光掃描功率密度1. IX IO4W/ Cm2 ；激光掃描速度8mm/s。實(shí)施例4 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于激光掃描功率密度1. 19 X IO4W/ Cm2 ；激光掃描速度18mm/s。實(shí)施例5 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于激光掃描功率密度1. 13 X IO4W/ Cm2 ；激光掃描速度14mm/s。實(shí)施例6 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于激光掃描功率密度1. 16 X IO4W/ Cm2 ；激光掃描速度16mm/s。實(shí)施例7 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于激光掃描功率密度1. 17 X IO4W/ Cm2 ；激光掃描速度17mm/s。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非作 為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)，都落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。對(duì)本發(fā)明制得的電梯安全鉗球墨鑄鐵楔塊進(jìn)行試驗(yàn)一、第一組對(duì)比試驗(yàn)是否表面處理摩擦系數(shù)
權(quán)利要求
電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，其特征是按如下步驟(1)對(duì)楔塊工作面進(jìn)行清潔處理；(2)楔塊工作面涂覆一層吸收CO2激光的涂料；(3)在惰性氣體保持下，采用CO2激光光束垂直于楔塊工作面并沿楔塊工作面連續(xù)零搭接掃描輻照，其中CO2激光光束掃描功率密度1×104W/Cm2 1.2×104W/Cm2；CO2激光光束掃描速度8mm/s 20mm/s。
2.如權(quán)利要求1所述電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，其特征是所 述CO2激光光束沿楔塊工作面的長(zhǎng)邊掃描輻照。
3.如權(quán)利要求1或2所述電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，其特征是 所述CO2激光光束的掃描功率密度1 X 104ff/Cm2 ；CO2激光光束掃描速度8mm/s。
4.如權(quán)利要求1或2所述電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，其特征是 所述CO2激光光束掃描功率密度1. 2X104ff/Cm2 ；CO2激光光束掃描速度20mm/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及電梯安全鉗楔塊工作面的激光相變強(qiáng)化處理方法，其按如下步驟(1)對(duì)楔塊工作面進(jìn)行清潔處理；(2)楔塊工作面涂覆一層吸收CO2激光的涂料；(3)在惰性氣體保持下，采用CO2激光光束垂直于楔塊工作面并沿楔塊工作面連續(xù)零搭接掃描輻照，其中CO2激光光束掃描功率密度1×104W/Cm2-1.2×104W/Cm2；CO2激光光束掃描速度8mm/s-20mm/s。本發(fā)明所制得的楔塊具有較高的耐磨性，同時(shí)也保持了較大的摩擦系數(shù)，達(dá)到了既具有較長(zhǎng)的使用壽命，又具有足夠的制停能力的技術(shù)效果。
文檔編號(hào)C21D5/00GK101974666SQ20101053986
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者張光鈞, 鄒家春, 陳明星 申請(qǐng)人:杭州滬寧電梯配件有限公司