激光淬火實際應(yīng)用

激光淬火技術(shù)可對各種導(dǎo)軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內(nèi)壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進行表面強化。適用材料為中、高碳鋼，鑄鐵。

激光淬火的應(yīng)用實例：激光淬火強化的鑄鐵發(fā)動機汽缸移動圖冊，其硬度提高HB230提高到HB680，使用壽命提高2~3倍。

齒輪是機械制造行業(yè)中應(yīng)用廣泛的零件.為了提高齒輪的承載能力，需對齒輪進行表面硬化處理.而傳統(tǒng)的齒輪硬化處理工藝，如滲碳、氮化等表面化學(xué)處理和感應(yīng)表面淬火、火焰表面淬火等存在兩個主要問題：即熱處理后變形較大和不易獲得沿齒廓均勻分布的硬化層，從而影響齒輪的使用壽命.

采用激光淬火齒面，其加熱冷卻速度很高，工藝周期短，不需要外部淬火介質(zhì).具有工件變形小，工作環(huán)境潔凈，處理后不需要磨齒等精加工，且被處理齒輪尺寸不受熱處理設(shè)備尺寸的限制等獨特優(yōu)點.

激光淬火質(zhì)量優(yōu)勢

激光淬火的功率密度高，冷卻速度快，不需要水或油等冷卻介質(zhì)，是清潔、快速的淬火工藝。與感應(yīng)淬火、火焰淬火、滲碳淬火工藝相比，激光淬火淬硬層均勻，硬度高（一般比感應(yīng)淬火高1-3HRC），工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡容易控制，易于實現(xiàn)自動化，不需要像感應(yīng)淬火那樣根據(jù)不同的零件尺寸設(shè)計相應(yīng)的感應(yīng)線圈，對大型零件的加工也無須受到滲碳淬火等化學(xué)熱處理時爐膛尺寸的限制，因此在很多工業(yè)領(lǐng)域中正逐步取代感應(yīng)淬火和化學(xué)熱處理等傳統(tǒng)工藝。尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略，因此特別適合高精度要求的零件表面處理。

激光淬火技術(shù)特質(zhì)

激光淬硬層的深度依照零件成分、尺寸與形狀以及激光工藝參數(shù)的不同，一般在0.3~2.0mm范圍之間。對大型齒輪的齒面、大型軸類零件的軸頸進行淬火，表面粗糙度基本不變，不需要后續(xù)機械加工就可以滿足實際工況的需求。

激光熔凝淬火技術(shù) 是利用激光束將基材表面加熱到熔化溫度以上,由于基材內(nèi)部導(dǎo)熱冷卻而使熔化層表面快速冷卻并凝固結(jié)晶的工藝過程。獲得的熔凝淬火組織非常致密，沿深度方向的組織依次為熔化-凝固層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材。激光熔凝層比激光淬火層的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。該技術(shù)的不足之處在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破壞，一般需要后續(xù)機械加工才能恢復(fù)。為了降低激光熔凝處理后零件表面的粗糙度，減少后續(xù)加工量，華中科技大學(xué)配制了專門的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝層的表面粗糙度。進行激光熔凝處理的冶金行業(yè)各種材料的軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等工件，其表面粗糙度已經(jīng)接近激光淬火的水平。

激光淬火適用材料

激光淬火現(xiàn)已成功地應(yīng)用到冶金行業(yè)、機械行業(yè)、石油化工行業(yè)中易損件的表面強化，特別是在提高軋輥、導(dǎo)衛(wèi)、齒輪、剪刃等易損件的使用壽命方面，效果顯著，取得了很大的經(jīng)濟效益與社會效益。近年來在模具、齒輪等零部件表面強化方面也得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1．淬火零件不變形、激光淬火的熱循環(huán)過程快。

2．幾乎不破壞表面粗糙度 采用防氧化保護薄涂層。

3．激光淬火不開裂、精確定量的數(shù)控淬火。

4．對局部、溝、槽淬火定位精確的數(shù)控淬火。

5．激光 淬火清潔、高效、不需要水或油等冷卻介質(zhì)。

6．淬火硬度比常規(guī)方法高 、淬火層組織細密、強韌性好。

7. 激光淬火是快速加熱、自激冷卻，不需要爐膛保溫和冷卻液淬火，是一種無污染綠色環(huán)保熱處理工藝，可以很容易實行對大型模具表面進行均勻淬火。

8. 由于激光加熱速度快，熱影響區(qū)小，又是表面掃描加熱淬火，即瞬間局部加熱淬火，所以被處理的模具變形很小。

9. 由于激光束發(fā)散角很小，具有很好的指向性，能夠通過導(dǎo)光系統(tǒng)對模具表面進行精確的局部淬火。

10. 激光表面淬火的硬化層深度一般為0.3～1.5mm。

激光淬火激光器

用于激光淬火的設(shè)備 有半導(dǎo)體光纖輸出激光器，光纖激光器，全固態(tài)激光器，其中半導(dǎo)體光纖輸出激光器在淬火領(lǐng)域應(yīng)用最廣。

激光器的選用要考慮以下幾方面內(nèi)容：

1． 激光器輸出好的光束質(zhì)量，電光轉(zhuǎn)換率，光纖數(shù)值孔徑，以及模式及模的穩(wěn)定性。

2． 激光器輸出功率穩(wěn)定性。

3． 激光器應(yīng)具有高的可靠性，應(yīng)能滿足工業(yè)加工環(huán)境下的連續(xù)工作。

4． 激光器本身應(yīng)具有良好的維護性，有故障診斷和連鎖功能；

5． 操作簡單方便。

6． 設(shè)備銷售廠商的經(jīng)濟和技術(shù)能力，可信程度。一定要避免因小失大。

7． 設(shè)備易損件補充來源是否有保障，供應(yīng)渠道是否暢通。

激光淬火機床

激光加工機床的加工的基本尺寸范圍為：長 5.5 米，直徑 Φ 2.6 米。特殊工件，可加工的尺寸范圍更大。本激光加工機床為雙懸臂加工系統(tǒng)，可進行多工位的激光加工。

激光淬火機器人

機器人可選國外和國產(chǎn)六軸機器人，可實現(xiàn)異形曲面和多角度加工。

（1） 從激光淬火齒面硬度、硬化層深度以及抗點蝕疲勞強度等性能指標看，激光淬火完全可以取代常規(guī)的齒輪滲碳工藝.

（2） 激光淬火工藝采用了常用普通中碳鋼代替昂貴的合金滲碳鋼，從而有效地降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益.

（3） 激光淬火解決了常規(guī)齒輪滲碳工藝中存在的變形難題，這不僅省去了后面的磨齒工藝，而且提高了成品率，從而進一步降低了成本.

（4） 為了使此項技術(shù)能在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在研制性能可靠的工業(yè)用大功率激光器的同時，必須進行齒輪激光表面處理專家系統(tǒng)的研制和開發(fā)，激光處理實現(xiàn)工藝參數(shù)的計算機自動優(yōu)化、處理過程的計算機仿真模擬和實時監(jiān)控，以及熱處理后表面組織結(jié)構(gòu)和性能的計算機預(yù)測，做到齒輪激光淬火過程的易操作性，實現(xiàn)復(fù)雜形狀和人工智能化的表面處理.2100433B

通過分析淬火零件的材料特性、使用條件、服役工況等因素，明確技術(shù)條件、產(chǎn)品質(zhì)量要求，進而選擇激光淬火硬化模型及確定激光淬火工藝參數(shù)。同時，也應(yīng)考慮工藝的可操作性，生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益等。激光束模式分為多模光束、低階模光束、基模光束，一般采用多模光束進行激光熱處理。

根據(jù)單條激光淬火帶寬度，激光淬火帶形式有窄帶和寬帶之分；激光淬火帶分布類型有直條型、螺旋型、正弦波型、交叉網(wǎng)格型、圓環(huán)型等，可根據(jù)需要選擇一種或多種復(fù)合分布類型進行激光淬火。同時，應(yīng)確定激光淬火帶在淬火表面的分布位置以及硬化面積比率（激光淬火帶總表面積與整個工作面表面積之比）。

激光淬火工藝參數(shù)是激光熱處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。工藝參數(shù)主要是激光功率、激光光束掃描速度、聚焦鏡焦距、離焦量（淬火表面與光束焦點的距離）。淬火表面吸收的能量取決于激光功率；激光束對淬火表面的作用時間取決于掃描速度；光斑尺寸取決于聚焦鏡焦距和離焦量；激光功率密度取決于激光功率和光斑尺寸。一般激光功率增加，淬火層深度增加；掃描速度增加，淬火層深度減少；離焦量增加，光斑尺寸增加，在一定范圍內(nèi)，淬火層寬度增加。

激光熱處理過程中，激光束停止掃描后，隨時用肉眼或低倍放大鏡觀察激光淬火帶表面狀態(tài)，宏觀判斷淬火帶表面質(zhì)量。微觀分析應(yīng)取淬火帶橫截面為觀察面，用金相顯微鏡，在放大100倍下檢測淬火硬化層深度（mm）和寬度（mm）。激光淬火硬化層深度一般在1mm以下。鋼鐵材料激光淬火金相組織主要為馬氏體。應(yīng)采用顯微硬度法檢測淬火層硬度，根據(jù)樣品的性質(zhì)、厚度及淬火層深度選擇負荷值。