高速激光淬火技术介绍

高速激光淬火技术作为一种新型的热处理工艺，与传统表面淬火技术相比，具有加热速度快、所得组织细密、淬硬性高、不变形等特点，并且技术适用性广，不受感应器制作难度的限制。

高速激光淬火技术原理

高速激光淬火技术是利用聚焦后的高速激光束进射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使受热表层快速冷却到马氏体相变点以下，进而实现工件的表面相变硬化。

如大型轧辊表面激光熔凝淬火的大淬硬层深度可以达到2毫米以上。具有加热速度快、所得组织细密、淬硬性高、不变形等特点，并且技术适用性广，不受感应器制作难度的限制。

高速激光淬火技术优势

经激光处理后，铸铁表面硬度可以达到60HRC以上，中碳及高碳的碳钢，表面硬度可达70HRC以上，从而提高抗磨损、抗疲劳、耐腐蚀、抗氧化等性能，延长使用寿命。激光热处理技术与其它 热处理如高频淬火、渗碳、渗氮等传统工艺相比，具有以下特点：

1.无需使用外加材料，仅改变被处理材料表面的组织结构，处理后的改性层具有足够的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.1～0.8mm。

2.处理层和基体结合强度高。激光表面处理的改性层和基体材料之间是致密的冶金结合，而且处理层表面是致密的冶金组织,具有较高的硬度和耐磨性。

3.被处理件变形极小，由于激光功率密度高，与零件的作用时间很短（2～10s），故零件的热变形区和整体变化都很小。故适合于高精度零件处理，作为材料和零件的后处理工序。

4.加工柔性好，适用面广。利用灵活的导光系统可随意将激光导向处理部分，从而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等，可进行选择性的局部处理。

工艺参数及其相互关系

激光表面淬火是一个错综复杂的快速加热、快速冷却的淬火过程。激光淬硬层的尺寸参数（淬硬层宽度、淬硬层深度、表面粗糙度）和性能参数（表面硬度、耐磨性、组织变化）取决于激光功率密度（激光功率、光斑尺寸）、扫描速度、材料的特性（成分、原始状态）和材料表面预处理情况等，同时也与被处理零件的几何形状和尺寸以及激光作用区的热力学性质有关。

在其他工艺因素不变的条件下，其主要工艺参数激光器输出功率P、扫描速度V和作用在材料表面上的光斑尺寸D，三者的综合作用直接反映了激光淬火过程的保温温度及其保温时间。另外，还应考虑各参数值的选择范围，D不能过大，V不能过小，以免冷却速度过低，不能实现马氏体转变。反之，当激光输出功率过大时，容易造成表面熔化，影响表面的几何形状。

激光表面淬火扫描方式

激光淬火的扫描方式有圆形或矩形光斑的窄带扫描和线形光斑的宽带扫描。窄带扫描的硬化带宽度与光斑直径相近，一般在5mm以内。对于要求大面积硬化时，必须逐条地进行扫描，扫描带之间需要重叠，重叠部分将留下回火软化带。

回火软化带的宽度与光斑特性有关，一般均匀矩形光斑产生的回火软化带较小。为了减少软化带的不良影响，需采用宽带扫描技术。宽带扫描将聚焦的圆光斑变成线光斑，扫描宽度大为提高。

激光表面淬火区预处理

在产品激光淬火前，工件表面粗糙度值很小，在淬火中会严重影响材料表面对激光光能的吸收率。因此，在激光淬火前需要对待处理工件表面进行预处理。表面预处理方法很多，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

环球机床卡盘材质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%，激光能量聚焦点工件变形小，适合精密部件模具表面淬火快速提高工件硬度强度

高速激光淬火应用领域

目前，激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、齿轮、机床卡盘等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。

另外在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。在形状较为复杂的工件中仍存在一些问题。但是，激光淬火是一新型的热处理前沿技术，采用此技术可以解决传统表面淬火难以实现的技术目标。并且在淬火生产中，不需要任何冷却介质，符合国内外热处理行业规定的“少无氧化生产、绿色生产”的环保发展目标要求，在今后国内钢铁冶金、汽车、国防建设、航天航空等领域会发挥越来越重要的作用。