金属的表面淬火

——激光加热表面淬火

摘要

摘要正文：激光加热表面淬火为热源加热，具有高能量密度，可以在金属表面获得非结晶组织，显著提高零件的疲劳强度和耐磨性。激光加热表面淬火是以高能量的激光束作为热源的热处理。处理过程是将激光束扫描金属零件表面，其红外能量被零件表面吸收而迅速形成很高的温度，使金属发生相变。

关键词：激光加热表面淬火强度

随着经济与现代生产技术的飞速发展，淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。

表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使钢件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。

表面淬火的方法很多，有感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，盐浴加热表面淬火，电解液加热表面淬火，激光加热表面淬火，电子束加热表面淬火等。其中，激光加热表面淬火为热源加热，具有高能量密度，可以在金属表面获得非结晶组织，显著提高零件的疲劳强度和耐磨性。

激光的特点是高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。高亮度和高方向性对激光加热淬火就有决定性的意义。高亮度即激光束的能量高，在很小的面积上形成高达kW/的功率密度。高方向性可使激光束容易控制，不仅可以将激光束引向任何位置，还可以将能量传到很远而不致衰减。

激光加热表面淬火是以高能量的激光束作为热源的热处理。处理过程是将激光束扫描金属零件表面，其红外能量被零件表面吸收而迅速形成很高的温度，使金属发生相变。随着激光束离开金属表面，零件表面的热量，依靠金属本身热传导迅速向内部传递，而形成极大的冷却速度，可以靠自激冷却使零件表面淬火，使其硬化。

激光加热表面淬火在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。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。激光加热表面淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度从HB230提高到HB680，使用寿命提高了2~3倍。

与常规的热处理相比，激光加热表面淬火具有很多优势：1、加热速度极快，工件热变形极小。由于激光功率密度高，0.5s内就可以将零件表面从室温加热到750C，因而热影响去小，热变形小。 2、由于激光束加热面积很小，可十分精确地对形状复杂的工件进行处理或局部处理，也可根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。 3、不需要加热介质，有利于保护环境。 4、节约能源，并且表面清洁，处理后不需要修磨，可以作为零件精加工的最后一道程序。

激光加热表面淬火过程按照激光强度和辐照时间分为几个阶段：吸收光束、能量传递、材料组织改变（包括熔化、气化）和激光作用后的冷却。激光加热表面淬火过程的进展和材料的性能有关，如材料表面的反射率、热扩撒系数、热导率、相变潜热、密度、熔点和汽化点等。目前，用于激光淬火的设备主要激光器，该激光器的工作气体沿着与光轴垂直的方向快速流过放电区以维持腔内有较低的气体温度，从而保证高功率输出，光束模式为多模输出。效率

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