激光淬火技術(shù)是利用聚焦后的激光束入射到鋼鐵材料表面,使其溫度迅速升高到相變點以上,當激光移開后,由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導熱作用,使受熱表層快速冷卻到馬氏體相交點以下,進而實現(xiàn)工件的表面相變硬化。
激光淬火是快速加熱、快速冷卻的自激淬火過程,激光硬化與傳統(tǒng)淬火工藝的不同主要在于它的作用時間短而且不需要冷卻介質(zhì)。
加熱速度極快,冷卻速度高,工件變形量極小。由于激光具有很高的功率密度,激光束對材料表面掃描時可使其表面升溫速度達到104~106℃/s,可在極短的時間內(nèi)將材料加熱到相變區(qū),材料的冷卻速度可達105℃/s,激光的作用時間也很短,因此改性區(qū)域僅限于工件表層,不易造成工件整體的熱變形。
表面改性的優(yōu)化效果顯著。激光硬化過程的溫度變化速度極快,使淬火后金屬表層獲得極細小的馬氏體和碳化物組織,材料的硬度、耐磨性相對于常規(guī)淬火有較大提高。此外,激光硬化后表層產(chǎn)生很高的殘余應力,可大幅提高工件的疲勞強度。
可對形狀復雜的工件進行激光局部硬化。激光硬化只發(fā)生在激光照射的部位,其他部位無需防護,加熱層深度和加熱軌跡易于控制,易于實現(xiàn)自動化,因此可以在很多工業(yè)領域中逐步取代感應淬火和化學熱處理等傳統(tǒng)工藝。
工藝周期短,生產(chǎn)重復性好,質(zhì)量穩(wěn)定可靠,激光加工設備多配備數(shù)控系統(tǒng),操作簡單,便于自動化生產(chǎn),有效保證了激光加工的精確度和穩(wěn)定性。
清潔環(huán)保的工藝。激光硬化為自激淬火過程,不需要水或油等冷卻介質(zhì),有利于環(huán)境保護。并且激光硬化后表面幾乎無氧化脫碳現(xiàn)象,表面粗糙度也幾乎不變,可以作為工件加工的最后工序激光硬化,與常規(guī)熱處理方法相比有其獨特的優(yōu)點,應用前景非常廣闊。