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激光淬火技术的特点和应用

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：激光淬火畸变微小，可基本保持原用精度。图7-1所示为齿面激光淬火形貌。齿轮激光淬火的扫描方式及其应用见表7-5。2）亚共析钢［w0.1％～0.8％］激光加热后，组织中除奥氏体均匀化程度较高外还会存在渗碳体片；当激光淬火后，可以获得细小马氏体＋较少量的残留奥氏体＋少量渗碳体。

1.激光淬火

激光淬火可以获得十分细小的马氏体组织，具有比常规淬火更高的组织缺陷密度，由于冷速极快［（1×104）～（1×109）℃／s］，碳原子来不及扩散，因此马氏体碳含量较高，残留奥氏体也获得较高的位错密度，使材料具有畸变强化效果，从而显著提高了零件表面的耐磨性能，同时硬化层内残留有相当大的压应力，又显著增加了零件表面的抗疲劳性能。激光淬火畸变微小，可基本保持原用精度。

图7-1所示为齿面激光淬火形貌。图7-2所示为齿轮的激光热处理过程示意图。

图7-1 齿面激光淬火形貌

图7-2 齿轮的激光热处理过程示意图

与常规热处理工艺方法（高中频感应淬火、渗碳或碳氮共渗、渗氮等）相比，齿轮经激光淬火后具有很强的优势，其对比优势见表7-1。

表7-1 齿轮激光淬火与常规热处理的对比

（续）

2.激光淬火材料

激光淬火常用材料见表7-2。供齿轮激光淬火时选用

表7-2 激光淬火常用材料

3.激光淬火工艺

（1）激光淬火工艺参数激光淬火的硬化指标主要是硬化层深度、宽度和硬度等。影响上述指标的基本工艺参数：光斑直径d，激光器输出功率P，扫描速度v，其次还有材料对光的吸收率。此外，也可直接用功率密度作为控制工艺的参数。激光淬火工艺参数的确定见表7-3。

表7-3 激光淬火工艺参数的确定

（续）

（2）激光淬火工艺规范（见表7-4）

表7-4 激光淬火工艺规范

（3）齿轮激光淬火的扫描方式及其应用齿轮激光淬火的扫描方式主要有轴向分齿扫描和周向连续扫描两种。轴向分齿扫描示意图如图7-3所示。齿轮激光淬火的扫描方式及其应用见表7-5。

图7-3 轴向分齿扫描示意图

表7-5 齿轮激光淬火的扫描方式及其应用

（4）几种材料激光淬火工艺参数及效果（见表7-6）

表7-6 几种材料激光淬火工艺参数及效果

4.激光淬火层组织与性能

（1）激光淬火层组织钢件经激光淬火后，表层分为硬化区、热影响区（过渡区）和基体三个区域（见图7-4）。图7-4中白亮色的月牙形为硬化区，其组织与常规淬火相似；白亮区周围为过渡区，是部分马氏体转变的区域；过渡区之外为基体材料。

图7-4 45钢激光淬火区的横截面金相组织

1）激光加热速度为（1×103）～（1×104）℃／s，甚至可高达（1×105）～（1×106）℃／s，自激淬火冷却速度为1×103℃／s钢的奥氏体可全部转变为马氏体。

2）亚共析钢［w（C）0.1％～0.8％］激光加热后，组织中除奥氏体均匀化程度较高外还会存在渗碳体片；当激光淬火后，可以获得细小马氏体＋较少量的残留奥氏体＋少量渗碳体。

一些典型材料的激光淬火层组织列于表7-7。

（2）激光淬火性能激光淬火硬化层深可控制在0.4～1.2mm。对于低碳钢、低碳合金钢，淬火硬度可达40HRC；中碳钢（如45钢）淬火硬度可达57HRC；中碳合金钢（如42CrMo）可达58～62HRC。

表7-7 典型材料的激光淬火层组织

激光淬火后齿轮的疲劳强度比调质齿轮的高得多，寿命可提高几倍乃至十几倍。虽然激光淬火的硬化层硬度很高，耐磨性极好，但仍能保持良好的韧性。激光淬火与常规热处理方法处理的齿轮性能对比见表7-8。

表7-8 激光淬火与常规热处理方法处理的齿轮性能对比

（续）

表7-9 激光淬火前后齿轮的畸变实测值对比（μm）

5.齿轮激光热处理技术经济指标对比情况

某精轧机机座减速器低速齿轮轴渗碳、中频和激光处理的技术经济指标对比见表7-10

表7-10 减速器低速齿轮轴渗碳、中频和激光处理的技术经济指标对比

6.齿轮激光热处理成套设备型号及其主要性能指标

齿轮激光热处理成套设备型号及其主要性能指标见表7-11

表7-11 齿轮激光热处理成套设备型号及其主要性能指标