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激光淬火技术的应用

激光表面淬火技术原理

激光淬火，也称激光热处理、激光硬化，即利用聚焦后的激光束快速加热金属材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的一种高新技术，分为激光相变硬化、激光熔凝硬化和激光冲击硬化三种工艺方法。

技术特点

（1.）激光淬火马氏体晶粒更细、位错密度更高，硬度更高，耐磨性更好。

（2.）变形极小，甚至无变形，适合于高精度零件处理，部分场合可作为材科和零件的最后处理工序。

(3.)无需回火，淬火表面得到压应力，不易产生裂纹。

(4.)如工柔牲好，适用面广，可方便地处理大尺寸工件和沟、槽、深孔、内孔、盲孔等局部区域。

(5)可根据需要调整硬化层深浅。

(6.)硬度梯度非常小，硬度基本不随激光硬化层深变化而变化。

(7.)适合的材料广泛，包括各种中高碳钢、工具钢、模具钢以及铸铁材料等。(8.)加工过程自动化控制，工期短，质量稳定。

(9.)低碳环保，无需冷却介质，无废气废水排放。

技术参数

适合材质：各类中高碳钢、铸铁

淬火硬度：一般可比感应淬火高1-5HRC淬火深度：0.1-1.2mm

应用领域

激光淬火技术解决了许多常规热处理工艺无法解决的难题，已大量应用于冶金、汽车、模具、五金、轻工、机械制造等行业。适合各类型零件的热处理：

(1.)难以进入热处理炉的大型工件。

(2.)仅需对沟、槽、孔、边、刃口等局部表面进行热处理的工件。(3.)常规热处理工艺难以处理到的部位。

(4.)对热处理变形量要求高的精密零件。(5.)铸铁工件表面的热处理。

(6.)常规热处理工艺易产生裂纹的零件。

(7.)常规热处理工艺达不到硬度要求的零件。

近年来激光熔覆用于模具修复的技术发展较快。激光能量密度高，受热范围小，可以熔覆各种金属材料，如S136、718、2344、NAK80、8407、不锈钢、铍铜、铝合金及钛合金等。熔覆层无砂眼、气孔，与基体形成冶金结合，结合强度高、不容易脱落，可对模具进行修补裂痕、崩角、磨痕修补等。目前，应用于激光熔覆技术的设备主要是连续CO2激光器和脉冲YAG激光器。连续CO2激光器多用于大型模具的修复(如5CrNiMo和H13钢模具)，不适于微小尺寸的修复。脉冲YAG激光器光斑直径能聚焦到0.2～2.0mm，在精密模具的修复中，脉冲YAG激光器具有许多优于连续CO2激光器的良好性能。(1)YAG激光器与光纤的藕合效率高，便于远距离操作，易于实现激光加工的柔性化。(2)脉冲YAG激光器有着更多的可控参数(脉冲频率、脉宽以及脉冲能量等)，有利于提高加工工艺的性能。(3)脉冲YAG

激光器高重复频率工作时的效果更好，加热速度极快，冷却速度极快，温度梯度大，模具不易变形坍塌。

激光（相变）淬火和激光熔凝淬火

激光（相变）淬火技术是利用聚焦后的激光束入射到钢铁材料表面，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。激光淬火原理与感应淬火、火焰淬火技术相同。但是其技术特点是，所使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，因此可以在很多工业领域中逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。激光淬火可以使工件表层0.1～2.0mm范围内的组织结构和性能发生明显变化。

激光熔凝淬火则是采用激光熔融金属表面，激光束移开后，熔融的金属直接从液态淬硬为固态，形成表面硬化层的工艺。由于激光熔凝淬火允许金属表面熔化，实际操作时可以使用比激光淬火更加高的功率密度和更加慢的扫描速度，因此激光熔凝淬硬层深度比前者更深。

在激光输出功率为3.5kw时，大型轧辊表面激光熔凝淬火的最大淬硬层深度可以达到2毫米以上。激光熔凝淬火的不足之处在于，激光加工后的表面粗糙度有所降低，其降低的幅度取决于激光加工的工艺参数，而激光表面淬火可以基本保持工件表面粗糙度不变。

激光淬火与熔凝处理的共同特点是，不需要改变材料的成分，主要利用轧辊材料自身的特性，发生马氏体相变来强化轧辊表面。进行激光淬火与熔凝淬火前，需要预先涂覆一层吸光涂料来增强轧辊表面对激光的吸收率。对于激光熔凝处理来说，所使用的涂料还应该起到使激光熔池流平与造渣的作用。因此，涂料的配方对于激光工艺的顺利实施以及硬面层组织与性能的影响至关重要。华工激光经过多年的探索，研究开发出激光淬火与熔凝淬火的系列吸光涂料，使各类材质激光淬火时淬硬层分布均匀。特别是激光熔凝淬火涂料中，添加有吸光及熔池流平的物质，熔凝淬火后淬硬层光滑、平整，只要少量加工，就可以获得平整的表面。因此，特别适合各种轧辊的激光表面强化处理。

应用案例－华工激光生产的双悬臂多功能数控激光