[发明专利]电梯安全钳楔块工作面的激光相变强化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于球墨铸铁的表面改性处理技术领域，特别涉及一种电梯安全钳球墨铸铁楔块工作面的激光相变强化(Laser TransformationHardening，简称LTH)处理方法。

背景技术

安全钳是电梯必不可少的安全装置，当电梯轿厢处于正常运行状态下，在自重作用下，楔块处于最下方，其摩擦工作面与电梯导轨保持一定的间距。电梯在异常状态下，其轿厢快速下坠且速度达到限速器设定的动作速度时，随即触发限速器动作，限速器通过提拉传动机构提起楔块，直至楔块的摩擦工作面与电梯导轨相接触；而与此同时弹性元件也涨开，直至楔块行程的极限位置，从而使楔块牢牢地夹持电梯导轨，使电梯停止运动，从而保证电梯轿箱里的人或物品的安全。

目前的安全钳基本上采用楔块式制动元件(见图1)，且楔块的材质通常为球墨铸铁QT600-3。经布氏硬度测试，结果为HB244、HB255、HB249，平均为HB249。经球化率评级(见图2)为4级，珠光体含量(见图3)为40～70％，石墨球径为5级。铸件表面未见气孔、砂眼等铸造缺陷，符合技术要求。经断口及金相检验，其组织为球状石墨+珠光体+铁素体，基体中发现有裂缝存在(见图4、5)。

安全钳在动作时由于楔块的摩擦面(即与导轨摩擦制动的工作面)受到较大的切向分力和法向分力的冲击，在法向分力作用下，球墨铸铁中的石墨容易变形、破碎，使金属基体的连续性遭到破坏，使材料变脆，呈薄片剥落(见图6)，在切向分力作用下，磨料沿平行于接触面的方向对基体材料进行切削(见图7)，使材料强度降低。因此，普通安全钳的楔块存在耐磨性差、摩擦系数小、电梯运行速度对摩擦系数影响较大等等缺陷，进而导致安全钳的制造成本很高、制动性能较差、且寿命较短。

发明内容

本发明公开了一种电梯安全钳球墨铸铁楔块工作面的激光相变强化处理方法，其所制得的楔块具有较高的耐磨性，同时也保持了较大的摩擦系数，达到了既具有较长的使用寿命，又具有足够的制停能力的技术效果。

高能密度的激光束用于材料表面处理已取得很大进展。激光表面改性在晶粒度、位错密度、残余应力、硬度等方面与传统热处理工艺相比较有明显改善，再加上激光处理的高柔性、高效率、低消耗、无污染及易实现计算机控制的特点，使之成为当前大力发展绿色制造、低碳经济的重要技术内容之一。但对于电梯安全钳等重要机械零部件工作面既要具有较高的耐磨性，又要在制停过程中保持较高的摩擦系数而言，按传统强度理论，要提高耐磨性，就要降低摩擦系数，因而采用传统加工工艺难以满足上述机械零部件的技术要求。能否采用LTH新工艺来达到此技术要求，这是本发明所要解决的，此技术方案目前尚未见国内外有相关的公开。

激光相变强化(LTH)又称激光表面淬火，是用高能量密度的激光束快速扫描金属材料表面，使金属表层温度迅速被加热到奥氏体化温度以上、熔点以下(可由LTH工艺参数来控制)，由于只有激光辐照的有限部位被短时加热，被激光辐照的表面区内会形成很大的温度梯度，因此激光扫描过后，加热区的热量会经热传导快速向周边扩散，从而实现辐照表面的快速自淬火。

本发明所要解决的技术难题在于如何根据LTH的基本原理，提供一种针对电梯安全钳楔块工作面的LTH处理方法，使之具有较高的耐磨性，同时也保持较大的摩擦系数，达到既有较长的使用寿命，又具有足够制停能力的服役性能。为此，本发明采取以下技术方案：电梯安全钳楔块工作面的激光相变强化处理方法，其按如下步骤：

(1)对楔块工作面进行清洁处理；

(2)楔块工作面涂覆一层吸收CO₂激光的涂料；

(3)在惰性气体保持下，采用CO₂激光光束垂直于楔块工作面并沿楔块工作面连续零搭接扫描辐照，其中：CO₂激光光束扫描功率密度：1×10⁴W/Cm²-1.2×10⁴W/Cm²；CO₂激光光束扫描速度：8mm/s-20mm/s。在CO2激光光束辐照区，微观上产生的”软硬相间”，并且在球状石墨周围产生一层强化壳的显微组织。

所述电梯安全钳楔块工作面的激光相变强化处理方法，CO₂激光光束沿楔块工作面的长边扫描辐照。