高速激光淬火技術(shù)介紹

高速激光淬火技術(shù)作為一種新型的熱處理工藝，與傳統(tǒng)表面淬火技術(shù)相比，具有加熱速度快、所得組織細(xì)密、淬硬性高、不變形等特點(diǎn)，并且技術(shù)適用性廣，不受感應(yīng)器制作難度的限制。

高速激光淬火技術(shù)原理

高速激光淬火技術(shù)是利用聚焦后的高速激光束進(jìn)射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升高到相變點(diǎn)以上，當(dāng)激光移開(kāi)后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工件的表面相變硬化。

如大型軋輥表面激光熔凝淬火的大淬硬層深度可以達(dá)到2毫米以上。具有加熱速度快、所得組織細(xì)密、淬硬性高、不變形等特點(diǎn)，并且技術(shù)適用性廣，不受感應(yīng)器制作難度的限制。

高速激光淬火技術(shù)優(yōu)勢(shì)

經(jīng)激光處理后，鑄鐵表面硬度可以達(dá)到60HRC以上，中碳及高碳的碳鋼，表面硬度可達(dá)70HRC以上，從而提高抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕、抗氧化等性能，延長(zhǎng)使用壽命。激光熱處理技術(shù)與其它 熱處理如高頻淬火、滲碳、滲氮等傳統(tǒng)工藝相比，具有以下特點(diǎn)：

1.無(wú)需使用外加材料，僅改變被處理材料表面的組織結(jié)構(gòu)，處理后的改性層具有足夠的厚度，可根據(jù)需要調(diào)整深淺一般可達(dá)0.1～0.8mm。

2.處理層和基體結(jié)合強(qiáng)度高。激光表面處理的改性層和基體材料之間是致密的冶金結(jié)合，而且處理層表面是致密的冶金組織,具有較高的硬度和耐磨性。

3.被處理件變形極小，由于激光功率密度高，與零件的作用時(shí)間很短（2～10s），故零件的熱變形區(qū)和整體變化都很小。故適合于高精度零件處理，作為材料和零件的后處理工序。

4.加工柔性好，適用面廣。利用靈活的導(dǎo)光系統(tǒng)可隨意將激光導(dǎo)向處理部分，從而可方便地處理深孔、內(nèi)孔、盲孔和凹槽等，可進(jìn)行選擇性的局部處理。

工藝參數(shù)及其相互關(guān)系

激光表面淬火是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的快速加熱、快速冷卻的淬火過(guò)程。激光淬硬層的尺寸參數(shù)（淬硬層寬度、淬硬層深度、表面粗糙度）和性能參數(shù)（表面硬度、耐磨性、組織變化）取決于激光功率密度（激光功率、光斑尺寸）、掃描速度、材料的特性（成分、原始狀態(tài)）和材料表面預(yù)處理情況等，同時(shí)也與被處理零件的幾何形狀和尺寸以及激光作用區(qū)的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

在其他工藝因素不變的條件下，其主要工藝參數(shù)激光器輸出功率P、掃描速度V和作用在材料表面上的光斑尺寸D，三者的綜合作用直接反映了激光淬火過(guò)程的保溫溫度及其保溫時(shí)間。另外，還應(yīng)考慮各參數(shù)值的選擇范圍，D不能過(guò)大，V不能過(guò)小，以免冷卻速度過(guò)低，不能實(shí)現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變。反之，當(dāng)激光輸出功率過(guò)大時(shí)，容易造成表面熔化，影響表面的幾何形狀。

激光表面淬火掃描方式

激光淬火的掃描方式有圓形或矩形光斑的窄帶掃描和線形光斑的寬帶掃描。窄帶掃描的硬化帶寬度與光斑直徑相近，一般在5mm以內(nèi)。對(duì)于要求大面積硬化時(shí)，必須逐條地進(jìn)行掃描，掃描帶之間需要重疊，重疊部分將留下回火軟化帶。

回火軟化帶的寬度與光斑特性有關(guān)，一般均勻矩形光斑產(chǎn)生的回火軟化帶較小。為了減少軟化帶的不良影響，需采用寬帶掃描技術(shù)。寬帶掃描將聚焦的圓光斑變成線光斑，掃描寬度大為提高。

激光表面淬火區(qū)預(yù)處理

在產(chǎn)品激光淬火前，工件表面粗糙度值很小，在淬火中會(huì)嚴(yán)重影響材料表面對(duì)激光光能的吸收率。因此，在激光淬火前需要對(duì)待處理工件表面進(jìn)行預(yù)處理。表面預(yù)處理方法很多，包括磷化法、提高表面粗糙法、氧化物涂料法、黑色涂料法等，其中常用的是磷化法、黑色涂料法和氧化物涂料法

高速激光淬火案例展示

環(huán)球機(jī)床卡盤(pán)材質(zhì)40crmo，采用高速激光淬火，HRC硬度由28提升到60淬火效率提升50%，激光能量聚焦點(diǎn)工件變形小，適合精密部件模具表面淬火快速提高工件硬度強(qiáng)度

高速激光淬火應(yīng)用領(lǐng)域

目前，激光淬火現(xiàn)已成功地應(yīng)用到冶金行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、石油化工行業(yè)中易損件的表面強(qiáng)化，特別是在提高軋輥、齒輪、機(jī)床卡盤(pán)等易損件的使用壽命方面，效果顯著，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

另外在模具、齒輪等零部件表面強(qiáng)化方面也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在形狀較為復(fù)雜的工件中仍存在一些問(wèn)題。但是，激光淬火是一新型的熱處理前沿技術(shù)，采用此技術(shù)可以解決傳統(tǒng)表面淬火難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)目標(biāo)。并且在淬火生產(chǎn)中，不需要任何冷卻介質(zhì)，符合國(guó)內(nèi)外熱處理行業(yè)規(guī)定的“少無(wú)氧化生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)”的環(huán)保發(fā)展目標(biāo)要求，在今后國(guó)內(nèi)鋼鐵冶金、汽車(chē)、國(guó)防建設(shè)、航天航空等領(lǐng)域會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。