[發明專利]激光淬火方法及設備

有效

• 申請號: 201310162268.0
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103255267A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 賀長林;陳少克
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D1/62;C21D1/30
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭

技術領域

本發明涉及一種激光表面改性技術，尤其涉及一種鋼材表面的激光淬火技術。

背景技術

自激光器問世以來，已經在很多行業都獲得重要的應用，激光加工已不再僅是一種科學實驗，它已經進入工業生產領域。激光淬火是一個非常活躍的領域，并取得了一定的成果。激光淬火能強化零件的表面，可以提高金屬材料的表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強度和高溫性能；同時可使零件心部仍保持較好的韌性，使的機械性能具有耐磨性好、沖擊韌性高、疲勞強度高的特點。

激光淬火就是利用聚焦后的高能量密度大的激光束快速掃描鋼鐵材料表面，熱能通過傳導使周圍材料急速升溫至奧氏體相變點以上、熔點以下的溫度，停止加熱后因材料基體的自冷作用，使被加熱的表層材料以超過馬氏體相變臨界冷卻速度急速冷卻，從而完成相變硬化．激光淬火過程中存在很大的過熱度和過冷度，使得淬硬層的晶粒超細、位錯密度極高且在表層形成壓應力，從而提高了工件的耐磨性、抗疲勞、耐腐蝕及抗氧化等性能，延長了工件的使用壽命。

激光淬火技術與傳統的表面淬火技術相比，得到的硬化層組織較細，硬度高于常規淬火的硬度。激光淬火得到的馬氏體是由針狀馬氏體和板條狀馬氏體混合組成的，位錯密度比傳統的表面淬火要高，位錯強化作用也會增強。淬火效果比常規淬火大大增強。

??激光淬火一般都使用二氧化碳激光機，但是二氧化碳激光機產生的激光光波波長較長，二氧化碳激光機產生的光波不僅光波能量較少，而且工件對光波的吸收要比固體激光機少很多，所以一般用二氧化碳激光機需要在工件表面涂覆一層吸光涂層，這樣會在淬透層引入雜質，同時也使被加工表面變得粗糙。

發明內容

本發明提供一種激光淬火方法，能大大提高被加工工件表面質量，其步驟包括：（1）采用激光機淬火；（2）淬火后進行低溫去應力退火，將工件加熱到500℃之后保溫，再隨爐冷卻。

?本發明使用的是脈沖激光機，激光的波形是不連續的，所以要調節合適的激光工藝參數為：淬火的功率為300W-400W，電流大小為65A-80A，頻率為45Hz-50Hz，脈寬5ms，掃描速度為20mm/s。

適當提高激光的頻率和脈寬，減少激光的電流，能使激光功率波形變得平整，從而能提高工件表面粗糙度，同時也能得到合適的淬透層深度。

進一步地，激光的掃描搭接率為40%~50%。

本發明方法采用兩到三次淬火的方法，每次掃描速度方向都不相同。

進一步地，第二次掃描速度為30mm/s以上，第三次掃描速度比第二次掃描速度大5~10mm/s。

進一步地，第二次、第三次掃描的搭接率為30%~40%。

本發明的淬火工件厚度不能低于5mm。激光功率很大，能使工件表面瞬間奧氏體化，要是工件厚度太低，是激光能量不能順利從表面傳導下去，從而使工件表面熔化，不但改變工件的尺寸，工件的質量變差。

本發明使用的是脈沖固體Nd：YAG激光機，選用的是瑞通公司生產的LWS-500型激光焊接機，這種激光機的產生的激光波長為1.064微米，比二氧化碳激光機產生的激光波長要短一個數量級，所以這種激光機產生的激光能量高，而且工件對激光的吸收率要比二氧化碳激光機高很多，使用這種激光機淬火，工件表面不需要涂覆吸光材料，能使淬透層沒有雜質。

本發明使用的激光機的聚焦鏡采用聚焦鏡的焦距為16mm，聚焦鏡離工件的加工表面距離為16mm。這樣方便加工，同時能使激光的能量都匯聚到一個3mm的光斑上，得到很高的激光密度，加工質量得到很大提高。工作臺放上導熱能力強的金屬，有利于工件傳熱，避免在大規模淬火時，工件的溫度過高，燒蝕工件，并且能增加工件的冷卻速度，得到更細的淬透層組織。

實施本發明，具有如下有益效果：

??????相比一般的淬火方法，本發明能使工件的硬度提高5%-15%，表面質量更好，更平整；能很好的消除搭接帶的回火軟化問題，使工件的硬度更均勻，淬透層深度更加均勻；在淬火后進行去應力退火，使淬透層的組織更加均勻，能消除由于內應力過大而引起的裂縫和組織不均勻，同時工件的硬度下降較小；使用固體Nd：YAG激光機不僅光波能量高，工件對它的吸收率也高，一般不需要涂覆吸光層，效率得到了提高。

附圖說明

圖1是激光淬火裝置的示意圖；

圖2是單道激光掃描后，718模具鋼試塊截面的掃描電子顯微鏡的BES圖；

圖3是718模具鋼淬透層的顯微組織（400+）。

具體實施方式