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。本文首先將對(duì)激光淬火工藝技術(shù)作一詳細(xì)說明，其次對(duì)工廠生產(chǎn)的缸筒進(jìn)行了局部激光表面淬火，最后提出了生產(chǎn)中存在的主要問題及一些改進(jìn)措施。

圖1 異形面產(chǎn)品示意

1.激光表面淬火工藝研究

（1）激光表面淬火原理

       激光表面淬火技術(shù)是利用聚焦后的激光束作為熱源照射在待處理工件表面，使其需要硬化部位溫度瞬間急劇上升而形成奧氏體，隨后經(jīng)快速冷卻獲得晶粒細(xì)的馬氏體或其他組織的淬硬層過程的熱處理加工技術(shù)。

（2）激光表面淬火技術(shù)特點(diǎn)

激光淬火和工廠現(xiàn)有的中高頻淬火、滲碳淬火相比，有以下特點(diǎn)：

第一，功率密度高、加熱速度極快，零件變形極小，且可以通過熱處理工藝來控制變形，工件處理后不需要修磨，可以作為零件精加工的最后一道工序。

第二，可以對(duì)形狀復(fù)雜零件；如盲孔、內(nèi)孔、小槽、薄壁零件等進(jìn)行處理或局部處理，也可根據(jù)需要在同一零件的不同部位進(jìn)行不同的處理?？梢钥朔哳l淬火因受感應(yīng)器限制難以對(duì)形狀復(fù)雜零件進(jìn)行表面淬火、加熱區(qū)域難以控制、薄壁零件淬火易開裂的問題；對(duì)大型零件的加工也無需受到滲碳淬火等化學(xué)熱處理時(shí)爐膛尺寸的限制。

第三，通用性強(qiáng)。由于激光聚焦深度大，淬火時(shí)對(duì)零件的尺寸、大小及表面都沒有嚴(yán)格的限制。而現(xiàn)有的中高頻淬火對(duì)各種零件都得制作合適的感應(yīng)器。

第四，對(duì)于某些淬火溫度較高的不銹鋼零件，其淬火溫度和熔點(diǎn)溫度很接近，在使用感應(yīng)器進(jìn)行產(chǎn)品局部表面淬火時(shí)很容易燒傷夾角或不規(guī)則部位，導(dǎo)致零件報(bào)廢，而激光表面淬火則不受此限。

第五，激光淬火冷卻速度很快，不需要水或油等冷卻介質(zhì)，是清潔、高效的環(huán)保淬火工藝。

第六，表面淬硬層組織細(xì)，硬度高，耐磨性好，能滿足淬硬層深度較淺（一般在0.3~2.0mm）表面淬火產(chǎn)品。

（3）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程的保溫溫度及其保溫時(shí)間。3個(gè)參數(shù)對(duì)激光表面淬火效果的影響關(guān)系為：淬硬層深度與激光功率成正比，與光斑大小和掃描速度成反比。

       另外，還應(yīng)考慮各參數(shù)值的選擇范圍，D不能過大，V不能過小，以免冷卻速度過低，不能實(shí)現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變。反之，當(dāng)激光輸出功率過大時(shí)，容易造成表面熔化，影響表面的幾何形狀。奧氏體的轉(zhuǎn)變臨界溫度與材料的熔點(diǎn)之比值越小，允許產(chǎn)生相變的溫度范圍越大，硬化層深度就越深。除此之外，硬化帶的掃描花樣（圖形）和硬化面積比例、硬化帶的寬窄以及激光作用區(qū)吹送氣體狀況、光路系統(tǒng)以及光束焦距等均會(huì)對(duì)激光表面淬火質(zhì)量有一定的影響。

（4）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?；鼗疖浕瘞У膶挾扰c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。

（5）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，其中最常用的是磷化法、黑色涂料法和氧化物涂料法，如表1所示。

2. 缸筒局部淬火應(yīng)用情況

缸筒材質(zhì)為合金結(jié)構(gòu)鋼35CrMoV，熱處理技術(shù)要求：

①外徑φ100.14mm±0.05mm處硬度≥50HRC，淬硬層深度（淬硬層深度定義為從表面以下硬度在35HRC以上的厚度）1～1.5mm。

②表面不可有熔化、裂紋、變形等缺陷。

③產(chǎn)品表面不可碰劃傷。缸筒外形形狀及尺寸如圖2所示。

圖2 缸筒外形形狀及尺寸

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