激光淬火的方法和设备

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激光淬火的方法和设备

来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-05-28 | 1224 次浏览 | 分享到:

本公司公开了一种激光淬火的方法，包括以下步骤：采用激光机淬火；淬火后进行低温去应力退火，将工件加热至500℃，保持温度，并随炉一起冷却，其中激光机的淬火工艺参数如下：功率为300- 400W，电流为65-80A，频率为45-50Hz，脉冲宽度为5ms，扫描速度为20mm / s。本发明还公开了该方法专用的设备。采用本发明的方法和设备，工件的硬度提高了5-15％，表面质量更好，表面更光滑，全淬火层的结构更均匀，裂纹和过大引起的结构不均匀压力可以消除。

技术领域
本发明涉及一种激光表面改性技术，尤其涉及一种钢表面激光淬火技术。
背景技术
激光设备问世以来，在许多行业中都获得了重要的应用，激光加工不再只是一种科学实验，而是进入了工业生产领域。激光淬火是一个非常活跃的领域，并取得了一定的成就。淬火可以增强零件的表面，可以提高金属物质的表面硬度，耐磨性，抗腐蚀强度和强度以及高温性能；可以使零件心部仍保持良好的韧性，制成的机械性能具有耐磨性好，冲击强度高，同时疲劳强度高的优点。
激光淬火正是将激光聚焦在大型表面上后，利用高能量密度对激光束进行快速扫描的技术，热能通过传导使相邻材料迅速升温至奥氏体_s以上，温度低于熔点，停止加热。自冷由于加热后的材料基体，被加热的表皮材料被迅速冷却以超过马氏体相变的临界冷却速度，从而完成相变硬化。激光淬火过程中有非常高的过热温度和冷凝水降低，使晶粒超淬火硬化，位错密度高，顶层形成应力，从而提高了工件的耐磨性，抗疲劳性，抗腐蚀性能耐氧化
将激光淬火技术与传统的硬质堆焊技术进行比较，得到的硬化层组织比较薄，硬度高于常规淬火的硬度。激光淬火得到的马氏体由针状马氏体和板条马氏体混合而成，且位错的硬度高于传统的硬质堆焊，位错的强化效果也可以增强。淬火效果比常规的淬火效果大大增强。
激光淬火一般都使用二氧化碳激光机，但是二氧化碳激光机产生的激光光波长较长，不仅二氧化碳激光机产生的光波的光能少，而且工件对光的吸收激光比固态激光机少很多，因此一般需要用二氧化碳激光机在工件表面涂一层光吸收涂层，这样会在硬化层中引入杂质，也使待加工的表面同时变粗糙。

发明内容
本发明提供了一种激光淬火方法，可以大大提高待加工工件的表面质量，其步骤包括：（1）采用激光机淬火；（2）淬火后进行低温应力消除退火，将工件加热到500℃后保温，然后炉冷却。
本发明采用脉冲激光机，且激光的波形是不连续的，因此将调节合适的激光技术参数为：淬火功率为300W-400W，电流大小为65A-80A，频率为45Hz-50Hz，脉宽5ms，扫描速度为20mm / s。
合适的提高激光器的频率和脉冲宽度，减小激光器的电流，可使激光器的功率波形变得平滑，从而可以提高工件的表面粗糙度，同时也可以通过硬化层深度获得合适的。
另外，激光的扫描重叠率是40％〜50％。
本发明的方法采用两次至三个淬火的方法，并且每个扫掠速度方向都不相同。
另外，第二次扫描速度大于30mm / s，第三次扫描速度比第二次扫描速度大5〜10mm / s。
另外，对于第二次，第三次扫描的重叠率为30％〜40％。
本发明的淬火工件厚度不能低于5mm。激光功率非常大，可使工件表面力矩奥氏体化，如果工件的厚度太小，则是激光能量不能从表面电导平稳地下降，从而使工件表面熔化后，不仅改变了工件的尺寸，而且降解了工件。
本发明采用脉冲固态Nd：YAG激光机，选用的是Easthome公司生产的LWS-500型激光束焊接机，该激光机的产生的主激光波长为1.064微米，一个数量级。二氧化碳激光机的光激射波长较短，因此该激光机产生的激光能量高，并且工件比二氧化碳激光机高很多，对激光的比吸收率高，该激光机用于淬火后，工件表面不需要施加吸光材料，并且通过硬化层可以制成不含杂质的材料。
本发明所使用的激光机的聚光镜采用聚光镜的焦距为16mm，且聚光镜距工件的精加工表面距离为16mm。因此加工方便，可使激光能量全部聚光。在3mm的热点上，获得很高的激光强度，同时大大提高了加工质量。强金属具有工作台传热能力，并有利于工件的传热，避免大范围淬火时，工件的温度过高，会烧蚀工件，而冷却的速度会使工件增加，通过硬化层组织获得更薄的材料。

激光淬火

实施本发明，有以下有益效果：
与一般的淬火方法相比，本发明可使工件的硬度提高5％-15％，且表面质量更好，更光滑；很好地消除了腰带的回火软化问题，使工件的硬度均匀，通过淬火层的深度更均匀；淬火后进行应力消除退火，使贯穿淬火层的组织更加均匀，可以消除因内应力而引起的裂纹和微观结构不均过多，而工件硬度下降较少；使用固态钕：YAG激光机不仅光波能量高，而且工件对它的比吸收率也高，一般不需要施加光吸收层，效率得到提高。
随附图纸说明
图1是激光淬火装置的示意图。
图2是单道激光扫描后，在718模具钢试块截面中的扫描电子显微镜的BES图。
图3是718模具钢通过淬火层的显微组织（400+）。
体现
为了清楚地说明本发明的目的，技术方案和优点，下面结合附图，对本发明进行更详细的描述。如图1所示，本发明的淬火装置包括激光装置1，反射灯2，激光头3和工作台4，并且工件5位于工作台4上。所描述的激光设备1通过反射灯2发送的激光束改变方向并入射到激光头3中，并且通过激光头3，光束会聚被淬火处理，以将工件5放置在所描述的工作台4上。图2是单道激光扫描后测试块横截面的SEM图，从图中可以看出，穿过硬化层的测试块的横截面形状为月弯，这是因为热点的能量分布是高斯分布沿径向分布，从而使热点的中间能量较高，边缘能量较低，从而使通过硬化层两侧的深度更浅，中间更深。当两次重叠时，两者上都会有回火软化带侧面，回火软化带使工件的硬度，耐磨性和耐蚀性变得不均匀。本发明的回火软化区是为了最大程度地减少大面积淬火而发生的，一共进行二至三次淬火，每次淬火的扫掠速度方向不相同，合适的扫掠速度第二次和第三次增加，减少重叠率，这样不仅可以大大降低回火软化带，使工件通过淬火层的深度同时变得均匀，提高了淬火的硬度，使工件的淬火表面变得更光滑。为避免多次扫描而进行的多次淬火是对工件表面的熔合和烧蚀，适当地可以增加扫掠速度，降低重叠率。为了避免多次扫描而对工件表面的熔合和烧蚀进行多次淬火，适当地可以增加扫掠速度，降低重叠率。为了避免多次扫描而对工件表面的熔合和烧蚀进行多次淬火，适当地可以增加扫掠速度，降低重叠率。

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