激光淬火技术工艺介绍及应用
工业激光淬火知识
工业激光淬火知识激光淬火是一种应用激光技术进行材料表面淬火处理的工艺。
它通过激光束的高能量浓缩作用，将材料表面迅速加热至临界温度以上，然后通过快速冷却，使材料表面形成高硬度的淬硬层，从而提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
激光淬火相比传统淬火技术具有许多优势。
首先，激光淬火的加热速度非常快，通常在毫秒级别。
这种快速加热可以减少热量在材料内部的传导，从而减少了变形和应力的产生，有效地避免了裂纹和变形等缺陷。
其次，激光淬火能够实现局部淬火，只对需要处理的部分进行加热，避免了对整个零件进行加热的浪费。
此外，激光淬火还可以实现在线自动化生产，提高生产效率和产品质量。
激光淬火的应用范围非常广泛。
首先，它可以用于各种金属材料的淬火处理，包括钢、铝、铜等。
这些材料经过激光淬火后，可以大大提高其硬度和耐磨性，延长使用寿命。
其次，激光淬火还可以用于各种工件的表面改性，例如汽车发动机缸体、航空发动机叶片等。
通过激光淬火，可以在工件表面形成坚硬的淬硬层，提高其抗疲劳性和耐磨性。
激光淬火的工艺参数对于淬火效果至关重要。
首先是激光功率的选择。
激光功率过低会导致加热速度过慢，淬硬层的厚度不够，影响硬度的提高；而激光功率过高则会导致加热速度过快，容易产生裂纹和变形。
其次是激光束的聚焦方式和聚焦深度。
不同材料的淬火效果会受到激光束聚焦深度的影响，需要根据具体材料的特性来选择合适的聚焦方式和深度。
此外，激光淬火还需要考虑淬火介质的选择和冷却速度的控制，以确保淬硬层的形成和稳定性。
激光淬火技术在工业领域的应用不断扩大。
它不仅可以提高材料的硬度和耐磨性，还可以改善材料的表面质量和功能。
例如，通过激光淬火可以实现零件的表面增韧，提高其抗冲击性和抗疲劳性；还可以实现零件的表面改色，增加其美观性和附加值。
此外，激光淬火还可以用于微细零件的淬火处理，如微型齿轮、微型弹簧等。
工业激光淬火是一种高效、精准的表面处理技术，具有广泛的应用前景。
随着激光技术的不断发展和创新，相信激光淬火技术将在未来的工业生产中发挥越来越重要的作用，为各行各业提供更加优质和可靠的产品。
激光淬火的应用案例
激光淬火的应用案例激光淬火是一种利用激光加热材料表面的工艺，通过快速冷却来改善材料性能的方法。
激光淬火具有局部加热、快速冷却、精准控制和环保节能等优点，被广泛应用于工业制造领域。
下面是几个激光淬火的应用案例。
首先，激光淬火在金属加工领域有着广泛的应用。
金属零件在制造过程中，通常需要具备高强度和耐磨性的特性。
激光淬火可以提高金属零件的硬度和耐磨性，使其更加耐用。
例如，汽车发动机缸体和曲轴等关键零件，采用激光淬火可以延长使用寿命，并提高整车的性能和可靠性。
其次，激光淬火在航空航天领域也有重要应用。
航空航天零部件通常需要具备高韧性和高强度，以应对极端环境和复杂载荷。
激光淬火可以提高零部件的表面硬度和强度，提高其抗疲劳和抗裂纹能力。
例如，航空发动机叶片、航天器导航系统部件等，都可以通过激光淬火来提高其使用寿命和可靠性。
此外，激光淬火还被应用于工具制造领域。
工具通常需要具备高硬度和耐磨性，以应对高强度和高温的工作环境。
激光淬火可以在工具表面形成坚硬的淬火层，提高其硬度和耐磨性。
例如，钻头、刀具、磨料等工具，在制造过程中可以采用激光淬火来增强其工作性能和寿命。
此外，激光淬火还被广泛应用于模具制造领域。
模具通常需要具备高硬度、高耐磨性和高精度，以保证产品质量和生产效率。
激光淬火可以在模具表面形成细小的组织结构和高硬度的淬火层，使其具备出色的耐磨性和抗腐蚀性。
例如，注塑模具、压铸模具和冲压模具等，在制造过程中可以采用激光淬火来提高其工作性能和寿命。
最后，激光淬火还被应用于刀具涂层技术。
刀具涂层可以在刀具表面形成耐磨、耐蚀和低摩擦的保护层，提高切削性能和使用寿命。
激光淬火可以为刀具提供高温、高能量的局部加热，使刀具表面易于镀层，提高涂层的附着力和均匀性。
例如，刀具涂层过程中的预热和后淬火技术，可以通过激光淬火来实现，提高刀具的综合性能和生产效率。
综上所述，激光淬火在金属加工、航空航天、工具制造、模具制造和刀具涂层等领域具有广泛的应用。
激光淬火
一、概述激光淬火技术及应用激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。
激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。
与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比，激光淬火淬硬层均匀，硬度高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹容易控制，易于实现自动化，不需要象感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应线圈，对大型零件的加工也无须受到渗碳淬火等化学热处理时炉膛尺寸的限制，因此在很多工业领域中正逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。
尤其重要的是激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。
激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm范围之间。
对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。
激光熔凝淬火技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上,由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程。
获得的熔凝淬火组织非常致密，沿深度方向的组织依次为熔化-凝固层、相变硬化层、热影响区和基材。
激光熔凝层比激光淬火层的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。
该技术的不足之处在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破坏，一般需要后续机械加工才能恢复。
为了降低激光熔凝处理后零件表面的粗糙度，减少后续加工量，华中科技大学配制了专门的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝层的表面粗糙度。
现在进行激光熔凝处理的冶金行业各种材料的轧辊、导卫等工件，其表面粗糙度已经接近激光淬火的水平。
激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、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二、激光淬火的特点质量优势技术特质适用材料实际应用1．淬火零件不变形激光淬火的热循环过程快中碳钢大型轴类2．几乎不破坏表面粗糙度采用防氧化保护薄涂层模具钢各种模具3．激光淬火不开裂精确定量的数控淬火冷作模具钢模具、刃具4．对局部、沟、槽淬火定位精确的数控淬火中碳合金钢减振器5．激光淬火清洁、高效不需冷却介质铸铁材料发动机汽缸6．淬火硬度比常规方法高淬火层组织细密、强韧性好高碳合金钢大型轧辊三、组成部分● 激光器目前，用于激光淬火的设备主要是横流CO2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。
激光淬火技术的原理与应用
激 光 加 工 技 术
§7.2
图7-12 熔覆层的截面示意图
6.激光熔覆层的宽度主要决定于光斑直径；而激光熔覆层的厚度与送粉量、扫 描速度、功率密度等参数密切相关。
激 光
7.常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钻基、铜基自熔合金、以及上述合金与
表 面 改
碳化物(WC、TiC、SiC等)，颗粒组成的金属陶瓷复合粉末以及Al203、ZrO2等陶 瓷材料。常用的基材包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。
§7.2
激
光
表
面
改
性
技
术
图7-11 同步送料法激光熔覆示意图
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7.2.3 激光熔覆技术
第
5.评价激光熔覆层质量的主要指标为：熔覆层厚度、宽度、形状系数(宽度／厚
七 度)、稀释率、硬度及其沿深度分布、基板的热影响区深度及变形程度等。典型熔
章
覆层的截面示意图见图7-12
性
技
术
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7.2.1 激光淬火技术的原理与应用
第
4.图7-5所示为该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线
七
章
5.依据激光器的特点不同，激光淬火可分为
激 光
CO2激光淬火和因素YAG激光淬火。但两者 中影响淬硬性能的主要基本相同
加
1) 材料成分：是通过材料的淬硬性和淬透
性
技
术
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第 七 章 激 光 加 工 技 术
激 光 表 面 改 性 技 术
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§7.2
第 七 章 激 光 加 工 技 术
激光淬火知识点总结
激光淬火知识点总结激光淬火的工艺原理激光淬火是利用激光束高能量的瞬时性加热，使材料表面迅速升温到过温度，然后通过冷却淬火，使表面层产生相变，从而获得高强度、高硬度和高耐磨性。
激光淬火的工艺原理包括以下几个方面：1. 光热效应：激光束对材料表面的能量聚焦，使材料表面温度迅速升高，达到相变温度以上，造成局部的超淬质组织。
2. 瞬时性：激光淬火的加热时间极短，热输入高能量密度，迅速升温和降温，形成高强度和高硬度表面。
3. 相变效应：激光加热后迅速冷却，形成奥氏体和马氏体的相变，产生高强度和高硬度的组织结构。
激光淬火的设备激光淬火的设备一般包括激光器、光学系统、工件夹持系统和工艺控制系统等部分。
激光器是激光淬火的关键设备，激光器的类型通常有固体激光器、气体激光器和半导体激光器等。
光学系统用于对激光进行聚焦和整形，使激光能量能够集中到工件表面，工艺控制系统用于对激光加工参数进行实时监控和调节，以实现激光淬火工艺的精确控制。
激光淬火的工艺控制激光淬火的工艺控制包括激光参数、工件预处理、冷却介质和淬火温度等方面。
激光参数包括激光功率、激光脉冲宽度、激光脉冲频率等，这些参数对激光加工过程中的温度分布和物相变化有重要影响。
工件预处理包括表面清洁和除氧化层等，保证激光在工件表面有效加热，冷却介质包括气体、液体或固体，用于对加热后的工件进行迅速冷却，以稳定组织结构和性能。
激光淬火的应用激光淬火广泛应用于工具、模具、轴承、齿轮、汽车零部件等金属材料的表面强化和改性处理，获得高硬度、高耐磨性和高疲劳强度的表面层，提高材料的使用寿命和性能。
同时，在航空航天、船舶制造和兵器装备等领域也得到了广泛的应用。
激光淬火的发展趋势随着制造业对材料性能要求的不断提高，激光淬火作为一种先进的表面强化处理技术，具有广阔的应用前景。
激光淬火的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 高能激光源和光学系统的发展，提高激光淬火的加工效率和加工质量。
2. 激光参数的精确控制和优化设计，获得更高的淬火效果和性能提升。
浅谈激光淬火技术及其应用
浅谈激光淬火技术及其应用激光淬火技术是近年来迅速发展起来的一项高新技术，激光淬火又称激光相变硬化，是指铁基合金在固态下经受激光照射，使表层以极快的速度（升温速度可达105-106℃/s）被迅速加热至奥氏体化状态（但低于熔化温度），当激光停止照射后，处于冷态的基体使其表面迅速冷却（冷却速度可达105℃/s）而进行自冷淬火，从而使激光加热形成高温奥氏体转变成马氏体，实现激光相变硬化。
激光淬火由于加热速度快，易使金属表面过热，并且冷却速度也快，碳来不及扩散因而使残留奥氏体增加。
随着奥氏体向马氏体的转变，得到高碳马氏体，从而提高了淬火硬度。
传统的热处理淬火工艺，在加温、冷却和零件清洗过程中会产生废渣和废液。
如盐浴加热中使用的氯化钡、氯化钠、硝酸钾及冷却介质的水、油、熔盐及熔碱等，产生对环境污染的危险物质，并造成对从业者的危害，激光淬火完全避免了这些情况的发生。
此外，由于激光淬火升温快、冷却快，避免了传统热处理工艺容易造成工件变形、开裂和尺寸超差的弊病。
对要求变形量小的复杂结构零件，尤其是盲孔、深槽、尖角、微小区域及刀具刃部，处理后可直接使用。
激光淬火常用于模具、齿轮及轴类等的表面强化，相对于传统工艺，表面硬度可提高5%-10%，耐磨性能可提高2-5倍。
宁波中物激光与光电研究所天弘激光加工中心在激光淬火技术方面已经有了很好的应用，已广泛涉及汽车制造、模具、冶金、石化、机械、电力、交通等行业。
包括汽车冲压模具激光淬火、大型机械辊轴的激光表面淬火、石化行业滑套激光淬火、管道螺纹部位激光淬火、大型内齿圈激光淬火、大型双联齿轮激光淬火、减震器内槽激光淬火、发动机缸孔激光淬火等。
汽车模具激光淬火大型铸钢轧辊激光淬火以模具为例，对各种重型汽车拉深、翻边、修边等模具进行激光表面淬火，使其抗磨损性能及损伤阀值得到较大提高，硬度比淬火前提高约2.5倍，并得到0.2～0.4mm的淬火层深，从而提高了工件的耐磨性能3～5倍，大幅延长模具的使用寿命，减少模具的消耗。
激光熔凝(淬火)及原理介绍
激光熔凝(淬火)及原理介绍激光熔凝原理激光熔凝也称激光熔化淬火。
激光熔凝是用激光束将获得工件表面加热熔化到一定深度，然后自冷使熔层凝固，获得较为细化均质的组织和所需性能的表面改性技术。
激光熔凝原理与激光非晶化基本上相一致。
但激光熔凝处理时激光的能量密度和扫描速·度均远小于激光非晶化。
激光熔凝与激光合金化不同，它在表面熔化时一般不添加任何合金元素，熔凝层与材料基体是天然的冶金结合；在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的组织有较高的硬度、耐磨性和抗蚀性；其表面熔层深度远大于激光非晶化。
激光熔凝是将金属材料表面在激光束照射下成为溶化状态，同时迅速凝固，产生新的表面层。
根据材料表面组织变化情况，可分为合金化、重溶细化、上釉和表面复合化等。
我公司的轧辊激光熔凝产品是用适当的参数的激光辐照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，获得较为细化均质的表面改性技术。
它具有以下优点：表面熔化时一般可添加超硬耐磨金属元素或化学元素，熔凝层与材料基体形成冶金结合。
在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的杂质有较高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
其熔层薄、热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，有时可不再进行后续磨光而直接使用。
提高溶质原子在基体中固溶度极限，晶粒及第二相质点超细化，形成亚稳相可获得无扩散的单一晶体结构甚至非晶态，从而使生成的新型合金获得传统方法得不到的优良性能。
激光（相变）淬火和激光熔凝淬火激光（相变）淬火技术是利用聚焦后的激光束入射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使受热表层快速冷却到马氏体相变点以下，进而实现工件的表面相变硬化。
激光淬火原理与感应淬火、火焰淬火技术相同。
但是其技术特点是，所使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，因此可以在很多工业领域中逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。
多功能激光淬火技术
多功能激光淬火技术
多功能激光淬火技术是一种利用激光器对材料进行淬火处理的技术。
激光淬火是一种快速加热和快速冷却的热处理方法，通过高功率激光束对工件表面进行瞬间加热，然后迅速冷却，以改变材料的性能和结构。
多功能激光淬火技术具有以下特点和优势：
1. 灵活性：激光淬火可以针对不同材料和不同形状的工件进行精确控制，适应性强。
2. 高硬化深度：激光淬火可以实现较高的硬化深度，提高工件的表面硬度和耐磨性。
3. 短时间处理：激光淬火处理时间短，一般在几十微秒至几毫秒之间，可以大幅度提高生产效率。
4. 小热影响区域：激光束的直径小，热影响区域小，可以减少对工件其他部分的热影响，提高工件的整体性能。
5. 可控性强：激光淬火可以根据需要对激光功率、扫描速度等参数进行调整，实现定制化的热处理过程，有利于控制工件的性能和质量。
6. 适用范围广：激光淬火适用于各种金属材料，包括钢、铝合金、镁合金等。
多功能激光淬火技术在汽车制造、航空航天、机械制造等领域有广泛应用。
它可以提高零件的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，延长使用寿命，同时还可以改善零件的尺寸精度、表面质量和疲劳性能，提高整体装配质量和可靠性。
因此，多功能激光淬火技术对于提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。
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激光淬火技术是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。
激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。
激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm 范围之间。
对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。
激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、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。
一：激光淬火的特点
1．淬火零件不变形、激光淬火的热循环过程快、中碳钢、大型轴类；
2．几乎不破坏表面粗糙度、采用防氧化保护薄涂层、模具钢、各种模具；
3．激光淬火不开裂、精确定量的数控淬火、冷作模具钢、模具、刃具；
4．对局部、沟、槽淬火、定位精确的数控淬火、中碳合金钢、减振器；
5．激光、淬火清洁、高效、不需要水或油等冷却介质、铸铁材料、发动机汽缸；
6．淬火硬度比常规方法高、淬火层组织细密、强韧性好、高碳合金钢、大型轧辊。
二：激光淬火工业应用实例
激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。
适用材料为中、高碳钢，铸铁。
南京中科煜宸激光技术有限公司专业从事激光增材制造装备(3D打印、激光修复)、智能激光焊接装备、自动化生产线、核心器件（工艺软件、送粉器、加工头）和金属粉末材料的研发与制造，感兴趣的用户可以咨询了解一下。