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鋼材激光淬火技術及其應用

2019-01-03 1604

  激光淬火技術,是利用聚焦后的激光束快速加熱鋼鐵材料表面,使其發生相變,形成馬氏體淬硬層的過程。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,是清潔、快速的淬火工藝。
  與感應淬火、火焰淬火、滲碳淬火工藝相比,激光淬火淬硬層均勻,硬度高(般比感應淬火高1-3HRC),工件變形小,加熱層深度和加熱軌跡容易控制,易于實現自動化,不需要象感應淬火那樣根據不同的零件尺寸設計相應的感應線圈,對大型零件的加工也無須受到滲碳淬火等化學熱處理時爐膛尺寸的限制,因此在很多工業域中正逐步取代感應淬火和化學熱處理等傳統工藝。尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略,因此別適合高精度要求的零件表面處理。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的不同,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,不需要后續機械加工就可以滿足實際工況的需求。激光熔凝淬火技術是利用激光束將基材表面加熱到熔化溫度以上,由于基材內部導熱冷卻而使熔化層表面快速冷卻并凝固結晶的工藝過程。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。該技術的不足之處在于工件表面的粗糙度受到定程度的破壞,般需要后續機械加工才能恢復。為了降低激光熔凝處理后零件表面的粗糙度,減少后續加工量,華中科技大學配制了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。
  現在進行激光熔凝處理的冶金行業各種材料的軋輥、導衛等工件,其表面粗糙度已經接近激光淬火的水平。激光淬火現已成功地應用到冶金行業、機械行業、石油化工行業中易損件的表面強化,別是在提高軋輥、導衛、齒輪、剪刃等易損件的使用壽命方面,果顯著,取得了很大的經濟益與社會益。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用。
  激光淬火的點
  質量優勢        技術質          適用材料   實際應用
  淬火零件不變形    激光淬火的熱循環過程快  中碳鋼     大型軸類
  幾乎不破壞表面粗糙度  采用防氧化保護薄涂層    模具鋼     各種模具
  激光淬火不開裂    定量的數控淬火    冷作模具鋼   模具、刃具
  對局部、溝、槽淬火  定位的數控淬火    中碳合金鋼   減振器
  激光 淬火清潔、高   不需要水或油等冷卻介質  鑄鐵材料   發動機汽缸
  淬火硬度比常規方法高  淬火層組織細密、強韌性好  高碳合金鋼   大型軋輥
  激光淬火設備
  激光器
  HGL-V 型 5kW 橫流 CO2 激光器,輸出功率 5.5kw 。
  大型多功能加工機床
  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。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,可進行多工位的激光加工。
  六軸四聯動數控系統
  該機床配置有六軸四聯動數控系統,可以對復雜形狀工件進行精密激光加工。
  激光淬火工業應用實例
  激光淬火技術可對各種導軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內壁、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。激光淬火的應用實例:激光淬火強化的鑄鐵發動機汽缸,其硬度提高HB230提高到HB680,使用壽命提高2~3倍。

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