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激光硬化技术原理及应用实例

发布时间:2021-03-31

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    激光硬化是快速表面局部淬火工艺的一种高新技术。这种方法主要用于强化零件的表面,可以提高金属材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能;同时可使零件心部仍保持较好的韧性,使零件的机械性能具有耐磨性好、冲击韧性高、疲劳强度高的特点。激光硬化可以大幅度提高产品质量,成倍地延长产品的使用寿命,具有显著的经济效益,已广泛应用于各种行业的许多产品上。

    激光硬化一般分为三种工艺:激光相变硬化,激光熔化凝固硬化和激光冲击硬化。它们共同的理论基础是激光与材料相互作用的规律。三种工艺各自的特点主要是作用于材料上的激光能量密度不同,并且与激光作用于材料上的时间有关。

    激光表面硬化与常规的硬化工艺比较,其发展历史很短,但从已取得的效果来看,激光硬化处理工艺是一种具有很多特点的表面硬化处理新工艺。其主要特点有:

    (1)材料表面的高速加热和高速自冷。

    (2)激光硬化处理后的工件表面硬度高,比常规淬火要高5-20%,可获得极细的硬化层组织。

    (3)由于激光加热速度快,因而热影响区小,淬火应力及变形小。

    (4)可以对形状复杂的零件和不能使用其他常规方法处理的零件进行局部硬化处理。同时,也可以根据需要在同一零件的不同部位进行不同的激光硬化处理。

    (5)激光硬化工艺周期短,生产效率高,工艺过程易实现计算机控制,自动化程度高,可纳入生产流水线。

    (6)激光硬化靠热量由表及里的传导自冷,无需冷却介质,对环境无污染。

    与传统热处理工艺相比,激光表面相变硬化具有淬硬层组织细化、硬度高、变形小、淬硬层深精确可控、无须淬火介质等优点,可对碳钢、合金钢、铸铁、钛合金、铝合金、镁合金等材料所制备的零件表面进行硬化处理。

    应用实例

    例1: 内燃机活塞环沟侧面激光相变硬化

    活塞环是内燃机易损基础件之一。为提高活塞环耐磨性延长其使用寿命,对由42CrMo钢制备的活塞环沟内侧进行了激光相变硬化处理。

    工艺:激光输出功率1.65kw,扫描速度22mm/s,光斑直径3mm。

    效果:激光硬化区主要是由细长板条马氏体和其间不连续分布的奥氏体所组成;除位错亚结构外,在局部区域还出现了平行排列的微细孪晶组织;硬化区最大硬度为713HV0.1;硬化层深为0.5mm;激光硬化表面光洁度基本保持不变,变形量满足形位公差要求。

    例2: 螺杆压缩机转子轴颈激光相变硬化

    螺杆压缩机转子是制冷机的关键部件,现多采用球墨铸铁制备而成,其主要失效形式是轴颈发生严重磨损。为此,采用激光相变硬化技术对轴颈进行强化处理。

    工艺:激光输出功率1.1~2kw,扫描速度17mm/s,光斑直径4mm。

    效果:激光硬化区主要是由针状马氏体、奥氏体及团絮状组织所组成;硬化区平均硬度达HRC60以上;硬化区层深为1mm;使用寿命提高3倍。

文章来源于:激光网

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