激(ji)光淬(cui)(cui)火(huo)技術(shu)作為(wei)一種新(xin)型的熱(re)處(chu)理工藝(yi)(yi)，與傳統表面淬(cui)(cui)火(huo)技術(shu)相(xiang)比，具有(you)加(jia)熱(re)速度快、所得組織細(xi)密(mi)、淬(cui)(cui)硬性高、不變形等特點(dian)，并且技術(shu)適用性廣，不受感應器制作難度的限制。本文首先(xian)將對(dui)激(ji)光淬(cui)(cui)火(huo)工藝(yi)(yi)技術(shu)作一詳細(xi)說明(ming)，其次對(dui)工廠生(sheng)產的缸筒進行(xing)了(le)局(ju)部激(ji)光表面淬(cui)(cui)火(huo)，最(zui)后提出了(le)生(sheng)產中(zhong)存(cun)在(zai)的主要(yao)問題及一些改進措施。

圖(tu)1 異形面產品示(shi)意

1.激光表面淬火工藝研究

（1）激光表面淬火原理

       激(ji)光表面淬火技(ji)術(shu)是利(li)用聚焦后的(de)(de)激(ji)光束作為(wei)熱源照射在待處理工件(jian)表面，使其(qi)(qi)需(xu)要硬化(hua)部位(wei)溫度瞬間急劇(ju)上升而形成奧氏體，隨后經(jing)快速冷卻(que)獲(huo)得晶(jing)粒細(xi)的(de)(de)馬氏體或其(qi)(qi)他組織的(de)(de)淬硬層過程的(de)(de)熱處理加工技(ji)術(shu)。

（2）激光表面淬火技術特點

激(ji)光(guang)淬火和工廠現(xian)有的中高頻淬火、滲碳淬火相比，有以下特點(dian)：

第(di)一(yi)，功(gong)率(lv)密度高、加熱(re)速度極快(kuai)，零件(jian)變(bian)形極小，且可(ke)(ke)以(yi)通過熱(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)來控(kong)制變(bian)形，工(gong)(gong)件(jian)處(chu)理(li)(li)后不(bu)需(xu)要修(xiu)磨，可(ke)(ke)以(yi)作為零件(jian)精加工(gong)(gong)的最后一(yi)道工(gong)(gong)序。

第二，可(ke)以(yi)對形狀復雜(za)零件(jian)；如盲孔、內(nei)孔、小槽、薄(bo)壁零件(jian)等(deng)進行(xing)處(chu)理(li)或局(ju)部處(chu)理(li)，也(ye)可(ke)根據需要在同一(yi)零件(jian)的不同部位進行(xing)不同的處(chu)理(li)。可(ke)以(yi)克(ke)服高頻淬火因受感應器限制(zhi)難(nan)以(yi)對形狀復雜(za)零件(jian)進行(xing)表面淬火、加熱區域難(nan)以(yi)控制(zhi)、薄(bo)壁零件(jian)淬火易開裂(lie)的問題；對大型零件(jian)的加工(gong)也(ye)無需受到(dao)滲碳淬火等(deng)化學熱處(chu)理(li)時爐膛(tang)尺寸的限制(zhi)。

第三，通用(yong)性強。由于激光聚焦深度大，淬(cui)火(huo)時對(dui)零(ling)件(jian)的(de)(de)尺寸、大小(xiao)及表(biao)面都沒有嚴(yan)格的(de)(de)限(xian)制。而(er)現有的(de)(de)中高頻淬(cui)火(huo)對(dui)各種零(ling)件(jian)都得(de)制作合適的(de)(de)感應器(qi)。

第(di)四，對于某(mou)些淬火(huo)(huo)溫(wen)(wen)度(du)較(jiao)高的不(bu)銹鋼零件(jian)，其(qi)淬火(huo)(huo)溫(wen)(wen)度(du)和熔點溫(wen)(wen)度(du)很(hen)接近，在使(shi)用感應器進行產品局部表面淬火(huo)(huo)時很(hen)容(rong)易燒傷夾角(jiao)或不(bu)規則部位，導致零件(jian)報廢，而激光(guang)表面淬火(huo)(huo)則不(bu)受此限。

第(di)五(wu)，激光淬火冷卻速度很(hen)快，不需要水或油(you)等冷卻介(jie)質，是(shi)清(qing)潔、高(gao)效的環保(bao)淬火工(gong)藝(yi)。

第六，表面(mian)淬硬(ying)層(ceng)組(zu)織細，硬(ying)度高，耐磨(mo)性好(hao)，能滿足淬硬(ying)層(ceng)深度較淺（一般在0.3~2.0mm）表面(mian)淬火(huo)產品。

（3）工藝參數及其相互關系

       激(ji)(ji)光表面(mian)(mian)(mian)淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)是一(yi)個(ge)錯綜(zong)復雜的(de)(de)快速(su)加(jia)熱、快速(su)冷(leng)卻(que)的(de)(de)淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)過程(cheng)。激(ji)(ji)光淬(cui)(cui)(cui)(cui)硬(ying)(ying)層(ceng)的(de)(de)尺(chi)寸參數(shu)（淬(cui)(cui)(cui)(cui)硬(ying)(ying)層(ceng)寬度(du)(du)、淬(cui)(cui)(cui)(cui)硬(ying)(ying)層(ceng)深(shen)度(du)(du)、表面(mian)(mian)(mian)粗糙度(du)(du)）和性(xing)能(neng)參數(shu)（表面(mian)(mian)(mian)硬(ying)(ying)度(du)(du)、耐磨(mo)性(xing)、組織變化）取(qu)決于(yu)激(ji)(ji)光功(gong)率密度(du)(du)（激(ji)(ji)光功(gong)率、光斑尺(chi)寸）、掃描速(su)度(du)(du)、材料(liao)(liao)的(de)(de)特性(xing)（成分、原始(shi)狀態(tai)）和材料(liao)(liao)表面(mian)(mian)(mian)預處(chu)理情況等，同(tong)時(shi)也與被(bei)處(chu)理零件的(de)(de)幾(ji)何(he)形狀和尺(chi)寸以及(ji)激(ji)(ji)光作用(yong)區的(de)(de)熱力學性(xing)質(zhi)有關。在其他(ta)工(gong)藝因素不變的(de)(de)條件下，其主要工(gong)藝參數(shu)激(ji)(ji)光器輸出功(gong)率P、掃描速(su)度(du)(du)V和作用(yong)在材料(liao)(liao)表面(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)光斑尺(chi)寸D，三者(zhe)的(de)(de)綜(zong)合作用(yong)直接(jie)反映了激(ji)(ji)光淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)過程(cheng)的(de)(de)保溫溫度(du)(du)及(ji)其保溫時(shi)間。3個(ge)參數(shu)對激(ji)(ji)光表面(mian)(mian)(mian)淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)效果(guo)的(de)(de)影響關系為：淬(cui)(cui)(cui)(cui)硬(ying)(ying)層(ceng)深(shen)度(du)(du)與激(ji)(ji)光功(gong)率成正比(bi)(bi)，與光斑大小和掃描速(su)度(du)(du)成反比(bi)(bi)。

       另外，還應考慮各參數(shu)值的(de)(de)(de)選擇范(fan)(fan)圍，D不(bu)能過(guo)(guo)大，V不(bu)能過(guo)(guo)小，以免冷卻速度過(guo)(guo)低，不(bu)能實現(xian)馬(ma)氏體轉(zhuan)變。反之，當激光(guang)輸(shu)出功率(lv)過(guo)(guo)大時，容(rong)易造成表面(mian)熔(rong)(rong)化，影(ying)響表面(mian)的(de)(de)(de)幾何形狀(zhuang)。奧氏體的(de)(de)(de)轉(zhuan)變臨界溫度與(yu)材料的(de)(de)(de)熔(rong)(rong)點(dian)之比(bi)值越(yue)小，允許產生相變的(de)(de)(de)溫度范(fan)(fan)圍越(yue)大，硬(ying)(ying)化層深度就越(yue)深。除此(ci)之外，硬(ying)(ying)化帶的(de)(de)(de)掃描花(hua)樣（圖形）和硬(ying)(ying)化面(mian)積比(bi)例、硬(ying)(ying)化帶的(de)(de)(de)寬窄以及激光(guang)作用(yong)區吹(chui)送(song)氣體狀(zhuang)況、光(guang)路(lu)系統以及光(guang)束(shu)焦距等均會對激光(guang)表面(mian)淬火(huo)質(zhi)量有一(yi)定的(de)(de)(de)影(ying)響。

（4）激光表面淬火掃描方式

       激光(guang)淬(cui)火(huo)(huo)的(de)(de)掃描(miao)(miao)方式有圓形(xing)或矩形(xing)光(guang)斑的(de)(de)窄(zhai)帶(dai)(dai)掃描(miao)(miao)和線形(xing)光(guang)斑的(de)(de)寬(kuan)帶(dai)(dai)掃描(miao)(miao)。窄(zhai)帶(dai)(dai)掃描(miao)(miao)的(de)(de)硬化(hua)(hua)帶(dai)(dai)寬(kuan)度(du)(du)與(yu)光(guang)斑直徑相(xiang)近，一般在5mm以(yi)內。對于要求大(da)面積硬化(hua)(hua)時(shi)，必須逐條地進行掃描(miao)(miao)，掃描(miao)(miao)帶(dai)(dai)之間需要重疊，重疊部分(fen)將(jiang)留(liu)下回火(huo)(huo)軟化(hua)(hua)帶(dai)(dai)。回火(huo)(huo)軟化(hua)(hua)帶(dai)(dai)的(de)(de)寬(kuan)度(du)(du)與(yu)光(guang)斑特(te)性有關，一般均勻(yun)矩形(xing)光(guang)斑產生(sheng)的(de)(de)回火(huo)(huo)軟化(hua)(hua)帶(dai)(dai)較小(xiao)。為(wei)了減少(shao)軟化(hua)(hua)帶(dai)(dai)的(de)(de)不良影(ying)響，需采用(yong)寬(kuan)帶(dai)(dai)掃描(miao)(miao)技術。寬(kuan)帶(dai)(dai)掃描(miao)(miao)將(jiang)聚焦(jiao)的(de)(de)圓光(guang)斑變成線光(guang)斑，掃描(miao)(miao)寬(kuan)度(du)(du)大(da)為(wei)提高。

（5）激光表面淬火區預處理

       在(zai)產品激光淬(cui)(cui)火前(qian)，工件表(biao)(biao)面粗(cu)(cu)糙(cao)度值很小，在(zai)淬(cui)(cui)火中(zhong)(zhong)會嚴重(zhong)影響材料(liao)表(biao)(biao)面對激光光能的吸收率。因此，在(zai)激光淬(cui)(cui)火前(qian)需要對待處(chu)理(li)工件表(biao)(biao)面進行預(yu)處(chu)理(li)。表(biao)(biao)面預(yu)處(chu)理(li)方法很多，包括磷化(hua)(hua)法、提高表(biao)(biao)面粗(cu)(cu)糙(cao)法、氧化(hua)(hua)物(wu)涂(tu)料(liao)法、黑色涂(tu)料(liao)法等，其中(zhong)(zhong)最(zui)常用的是(shi)磷化(hua)(hua)法、黑色涂(tu)料(liao)法和氧化(hua)(hua)物(wu)涂(tu)料(liao)法，如表(biao)(biao)1所示。

2. 缸筒局部淬火應用情況

缸筒材質為合金結構(gou)鋼(gang)35CrMoV，熱(re)處理技術要(yao)求：

①外徑φ100.14mm±0.05mm處硬(ying)(ying)(ying)度(du)≥50HRC，淬硬(ying)(ying)(ying)層(ceng)深度(du)（淬硬(ying)(ying)(ying)層(ceng)深度(du)定義(yi)為從表面以下硬(ying)(ying)(ying)度(du)在35HRC以上的厚(hou)度(du)）1～1.5mm。

②表面不可有(you)熔化、裂紋、變形等缺陷。

③產品表面不可碰劃傷(shang)。缸筒(tong)外形形狀(zhuang)及尺寸如(ru)圖2所示。

圖2 缸筒外形形狀及尺寸

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