与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比,激光淬火淬硬层均匀,硬度高(一般比感应淬火高1-3HRC),工件变形小,加热层深度和加热轨迹容易控制,易于实现自动化,不需要像感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应线圈,对大型零件的加工也无须受到渗碳淬火等化学热处理时炉膛尺寸的限制,因此在很多工业领域中正逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。尤其重要的是激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略,因此特别适合要求的零件表面处理。
机床离合器联结、花键套、磁轭和齿环的激光淬火技术应用
机床离合器联结、花键套、磁轭和齿环等经激光淬火后,其质量明显优于普通盐浴或感应淬火,解决了联结爪部工作面硬度低、卡爪内侧畸变大,花键套键侧面硬度低、内孔畸变超差、小孔处开裂,磁轭和齿环渗碳淬火畸变大、发生断齿、两者啮合不良、传递力矩不足及发生打滑等缺陷。3.激光器应具有高的可靠性,应能满足工业加工环境下的连续工作。
实例1 电磁离合器联结(见图7),材料为45钢,技术要求:硬度≥55HRC,淬硬层深度≥0.3mm,爪部直径畸变≤0.1mm,硬化面积≥80%。
(1)工艺流程
全部机械加工后,在数控激光热处理机上自动进行六个爪的12个侧面激光扫描淬火。
(2)激光淬火工艺
激光输出功率P=1000W,透镜焦距f=350mm,离焦量d=59mm,扫描速度v=1000mm/min,生产节拍t=45s/件。
(3)检验结果
硬度为57~60HRC,淬硬层深度0.3~0.6mm,直径畸变≤±0.03mm,爪侧面100%淬硬
激光冲击强化
概念
不同于一般的激光加工,不是利用激光产生的热效应,而是利用激光诱导等离子体冲击波产生的力学效应来改善材料表面***和性能的。
优势
① 激光冲击强化能有效地保护被处理试样表面;
② 激光冲击强化处理具有可叠加性;
③ 激光冲击强化可获得特别高的冲击力,产生很深的强化层;
④ 激光冲击强化可在室温、空气条件下进行,工艺过程清洁、无污染,是一种绿色、环保的表面强化方法,并且处理后试样表面的光洁度较高,特别适合对表面质量要求较高的试样进行局部强化处理;
⑤ 激光便于聚焦和传播,激光冲击加工柔性更好,在常规方法无法进入的局部表面或不规则复杂空间的强化处理方面,具有明显的优势,而且激光冲击强化的控制参数较少(激光功率密度、激光光斑尺寸、激光脉冲持续时间),易于和控制,便于实现自动化生产;
⑥ 与传统机械喷丸相比,激光冲击处理获得的材料表面残余应力深度可达1 mm,约为机械喷丸的2~5倍,而其加工硬化程度明显低于机械喷丸处理;同时可保留较好的表面形貌,激光冲击处理后的表面不平度明显低于机械喷丸处理;
特点
① 超高压,冲击波峰压达到数万个大气压;
② 超快,塑性变形时间仅仅几十ns;
③ 超高应变率,达到107s-1,比机械喷丸强化高万倍。
