激光表面淬火的应用领域
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。
表面淬火定义
表面淬火定义表面淬火是一种金属材料处理技术，旨在提高金属材料的硬度和耐磨性。
在表面淬火过程中，金属材料的表面被快速加热到高温，然后迅速冷却，使其细化晶粒并形成马氏体组织，从而获得优异的机械性能。
表面淬火是一种常用的金属材料处理方法，广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等领域。
通过表面淬火处理，可以显著提高金属材料的硬度和耐磨性，增加其使用寿命和耐久性。
同时，表面淬火还可以改善金属材料的表面质量，提高其抗腐蚀性能，增强其抗拉强度和抗压强度。
表面淬火的基本原理是利用金属材料的相变规律。
当金属材料被加热到一定温度时，其晶体结构会发生变化，从而产生新的组织结构。
在表面淬火过程中，金属材料的表面被加热到临界温度以上，使其达到奥氏体相区，然后迅速冷却，使其迅速转变为马氏体组织。
马氏体组织具有高硬度和优异的耐磨性，可以显著提高金属材料的机械性能。
表面淬火可以采用多种方法进行，常见的方法包括火焰淬火、电火花淬火、激光淬火等。
不同的淬火方法适用于不同的金属材料和工件形状。
火焰淬火是一种较常用的表面淬火方法，它通过将金属材料的表面加热到高温并迅速冷却，使其形成马氏体组织。
电火花淬火利用电火花放电的高温和高能量特性，将金属材料的表面加热到临界温度以上，并通过迅速冷却形成马氏体组织。
激光淬火则利用激光的高能量和高密度特性，将金属材料的表面加热到临界温度以上，并通过迅速冷却形成马氏体组织。
表面淬火不仅可以提高金属材料的硬度和耐磨性，还可以改善其表面质量。
在表面淬火过程中，金属材料的表面会发生相变，原有的晶粒会细化并形成马氏体组织。
这种细化的晶粒结构可以显著提高金属材料的表面质量，使其更加光滑、均匀，减少表面缺陷和气孔的产生。
同时，表面淬火还可以提高金属材料的抗腐蚀性能，使其更加耐腐蚀和耐磨损。
表面淬火是一种有效的金属材料处理方法，可以显著提高金属材料的硬度和耐磨性，改善其表面质量，增强其机械性能和抗腐蚀性能。
在工业生产中，表面淬火被广泛应用于各个领域，为产品的质量和性能提供了有力支撑。
激光淬火技术
第一章绪论自从光之骄子——Laser问世以来，激光技术作为一门举世瞩目的高新技术，几乎在各行业都获得了重要的应用。
目前正处于激光开始向传统制造技术中的许多工艺过程积极渗透的阶段，在这之前的传统加工工艺贯穿着整个加工制造行业，激光加工技术的出现必将引起加工制造行业新的变革。
激光加工技术被誉为“未来制造系统的共同加工手段”，将成为21世纪世界工业中的骨干产业之一。
激光加工技术具有效率高、质量优、清洁环保、加工范围广等到特点，解决了传统加工中许多无法解决的问题。
有人预测，激光加工和激光先进制造技术将引起一次新的工业革命。
激光加工代表当前先进制造业的发展方向，各发达国家和先进的发展中国家都把激光加工技术作为提高生产效率和提升其国际竞争力的重要手段。
激光加工技术是利用激光束高度集中的能量，按所需的位置和时间，以预定的量值，准确地投射到材料表面上，通过与材料的能量传递，使材料表面瞬间获得很高的能量以改变其状态，从而实现材料加工的目的。
材料的激光加工主要包括激光表面淬火(laser surface hardening)、激光表面合金化(laser surface alloying)、激光熔覆(laser cladding)、激光焊接(laser welding)、激光切割(laser cutting)及激光钻孔(laser drilling)等。
使用不同的加工方法可以实现不同的加工目的，关键在于激光的能量及其与材料的相互作用特点。
激光表面热处理技术是激光加工技术中的一个重要方面，利用高功率密度激光束对金属零件表面进行处理，可对材料实现表面淬火、表面重熔、表面熔覆以及表面合金化等表面改性的目的。
激光表面处理能够通过激光淬火及表面重熔工艺来改变基体表层材料的微观结构，还可以通过激光熔覆、气相沉积和合金化等处理方法同时改变表层的化学成份和微观结构。
激光表面淬火是现有激光表面处理技术中最早研究和应用最多的方法之一。
近年来激光表面热处理技术不仅在研究和开发方面得到迅速发展，而且在工业应用方面也取得了长足的进步，成为表面工程中的一个十分活跃的新兴领域。
激光表面淬火的应用
激光表面淬火在模具制造业中的应用
3、经激光热处理的 GCr15,轴承钢中的位错密度很高 ,而在残留奥氏体中也有同 样的位错密度,因此,激光淬火能获得超高硬度。
4、对W18Cr4V高速钢进行激光表面淬火,相变硬化层的硬度峰值为HV946,红硬性 比常规淬火高出 80度,经640度回火后硬度峰值达 HV1003，耐磨性比常规热处理
激光表面淬火的应用 5
应用案例
1）发动机缸体（缸套）表面淬火，热轧钢板剪切机刃口淬火，与可 使缸体耐磨性提高同等未处理的刃口相比寿命提高一倍左右； 2）钢坯切割锯片齿部淬火，65Mn材料表面硬度达50HRC；
激光表面淬火的应用 5
应用案例
3）机床导轨淬火，大幅度提高表面硬度和耐磨性； 4）齿轮齿面淬火，提高接触疲劳强度及耐磨性； 5）发动机曲轴的曲颈和凸轮部位局部淬火； 6）各种刀具刃口激光淬火。
激光表面淬火在模具制造业中的应用
激光表面热处理是一种周期短，无污染，无噪声的绿色热处理工艺，为提高 模具使用寿命创造了有利条件，并取得了较为可观的经济效益。 1）10钢激光淬火，其表面硬度大幅度提高，可以达到HV700，而常规
淬火的低碳马氏体硬度只有380HV；
2）对Cr12模具钢进行激光淬火，晶粒明显细化，经金相分析，该 材料原始组织的晶粒度为12级，而经激光淬火硬化后为15级；
提高1～2.8倍，刀具的切削性能提高2倍以上。
课程小结
1.激光表面淬火的优势。 2.激光表面淬火的应用很广泛。
作业布置
1、激光表面淬火有什么优势？ 作业 2、简述激光表面淬火的应用。
感谢您的观看！
大型齿轮的激光表面淬火
1
激光表面淬火的应用 2
激光表面淬火特别适合高精度要求零件的表面热处理。
激光表面处理技术
常规淬火硬度高5%~20%, 可获得极细的硬 化层组织。
( 3) 由于激光加热速度快, 因而热影响区小, 淬火应力及变形小。一股认为激光淬火处理几乎不产生变形, 而且相变硬化可以使表面产生大于4 000 MPa 的压应力, 有助 于提高零件的疲劳强度; 但厚度小于5mm 的零件其变形仍不 可忽视。
激光表面熔敷
激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金 粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化, 光束移开后自激冷却的一种表面强化方法。
激光表面熔敷特点
( 1) 冷却速度快(高达106 K/s)，组织具有快 速
凝固的典型特征； ( 2) 热输入和畸变较小，涂层稀释率低(一
般 小于5%)，与基体呈冶金结合；
激光表面处理技术优 点
( 5) 通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理 较厚的板材；
( 6) 由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的 安全，因此要致力于发展安全设施。
激光表面处理技术
美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载 齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。
----直升飞机辅助动力装置的行星齿轮 ----飞机主传动装置的传动齿轮 用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后 研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。 ----采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比 氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过 10～20h氮化处理的硬化层还厚，质量优 良，几乎无变形。
下优点:
激光表面处理技术优 点
( 1) 能量传递方便，可以对被处理工件表面有 选择的局部强化；
( 2) 能量作用集中，加工时间短，热影响区小， 激光处理后，工件变形小；
激光表面处理技术优 点
( 3) 处理表面形状复杂的工件，而且容易实 现自动化生产线；
球墨铸铁QT600--3表面激光多道淬火工艺的研究
学校代号：１０５３２学号：￥１１０２Ｗ２４４密级：公开湖南大学工程硕士学位论文球墨铸铁ＱＴ６００．３表面激光多道淬火工艺的研究导师姓名及职称：刘继常教授桂林高级工程师论文提交日期：２０１３年５月２０日ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｑｕｅｎｃｈｉｎｇｏｆｄｕｃｔｉｌｅｃａｓｔｉｒｏｎＱＴ６００－３ｂｙＬＵＯＤａｎＢ．Ｅ．（ｎｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ）２０１１ＡｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎｐａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｔｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒＰｒｏｆｅｓｓｏｒＬＩＵＪｉｃｈａｎｇＳｅｎｉｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒＧＵＩＬｉｎＭａｙ，２０１３湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
…名：产日期：邳年６月６日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于１、保密口，在一年解密后适用本授权书。
２、不保密团。
（请在以上相应方框内打“√”）日期：Ｚｏｆ乡年６月６日作者签名：日期：加侈年６月６日导师签名：球墨铸铁ＱＴ６００·３表面激光多道淬火工艺的研究摘要球墨铸铁材料因其较高的强度、良好的塑性和韧性，以及便于生产，成本比钢低廉等优良的性能而被广泛应用在工业生产中的各个领域。
激光表面强化
激光表面强化技术的应用实例以及特点
4.激光表面熔覆
4.1 简介： 在基体材料表面添加熔覆材料(采用预置法或同步法)，利 用高能密度的激光束使之与基体表面薄层一起熔凝，在基材表 面形成与其呈冶金结合的添料熔覆层。
激光表面强化技术的应用实例以及特点
4.2 实例： 4.2.1 矿用108 t自卸车发动机凸轮轴的修复，熔覆材料 Ni基自熔合金。 4.2.2 矿用渣浆泵平衡盘：受矿井水的腐蚀和水中煤粒的 冲蚀磨损的交互作用，一般采用合金钢或合金铸铁，使用寿命 很低，后改为火焰喷焊镍基合金，零件使用寿命有所提高，但 工艺操作复杂，合金粉末消耗多，工件变形大，涂层缺陷多， 零件加工量大。采用45钢激光熔覆Ni60和Ni60涂层，经煤矿 现场使用，使用寿命比火焰喷焊镍基合金涂层提高50％以上， 而且质量好，效益高。 4.3 特点： 熔覆层与基体呈冶金结合；对基材的热影响区小，变形 小；基材的稀释程度低(一般为2％ ～8％)。
激光表面强化技术的分类
激光表面强化技术的分类
激光表面强化技术的应用实例以及特点
1.激光表面相变硬化(激光淬火)
1.1 简介： 激光淬火是金属材料在固态下经受激光辐照，表面被迅 速加热到奥氏体化温度以上，并在激光停止辐射后快速自淬火 得到马氏体组织的一种工艺方法。 1.2 实例： 1.2.1邮票打孔器激光淬火：对打孔器孔模周围孔刃进行 激光表面淬火后，硬度由18HRC提高到70HRC 1.2.2汽车转向器壳体：美国通用汽车公司萨基诺 (Saginaw)转向器分厂(1974年)首先将激光淬火应用于工业大 批量生产，在可锻铸铁壳体内表面磨损最严重的部分处理了5 条宽1．5～2．5mln，深0．25～0．35mln的硬化带，硬度64 HRC，使用寿命提高10倍 1.3 特点： 激光淬火试样的耐磨性比淬火+低温回火试样提高50％左 右，比淬火+高温回火试样提高15倍左右。
表面淬火概念
表面淬火概念
表面淬火是一种热处理工艺，用于改善材料表面的硬度和耐磨性，同时保持内部的韧性和强度。
它主要适用于金属材料，如钢和铁。
表面淬火的过程涉及将材料加热到足够高的温度，然后迅速冷却，以产生所需的组织和性能变化。
与传统的整体淬火相比，表面淬火仅对材料表面进行处理，因此能够改善表面的性能而不会对整体结构产生太大的影响。
在表面淬火过程中，常用的方法包括火焰淬火、电火花淬火、激光淬火和电子束淬火等。
这些方法都会在材料表面形成高温区域，并通过迅速冷却使表面发生相变，从而获得较高的硬度。
表面淬火可以增加材料表面的耐磨性、抗腐蚀性和抗疲劳性能。
它常用于制造工业中需要经受高应力和摩擦的部件，如齿轮、刀具、轴承等。
通过表面淬火，这些部件的使用寿命可以得到显著延长。
需要注意的是，表面淬火过程需要严格控制温度和冷却速度，以确保达到所需的材料性能。
不正确的淬火过程可能导致材料变形、裂纹和不均匀的硬度分布。
因此，在进行表面淬火之前，应仔细研究材料的性质和淬火工艺，以确保最佳的处理效果。
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激光表面淬火的应用领域
激光表面淬火技术原理
激光淬火，也称激光热处理、激光硬化，即利用聚焦后的激光束快速加热金属材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的一种高新技术，分为激光相变硬化、激光熔凝硬化和激光冲击硬化三种工艺方法。
技术特点
1.激光淬火马氏体晶粒更细、位错密度更高，硬度更高，耐磨性更好。
2.变形极小，甚至无变形，适合于高精度零件处理，部分场合可作为材科和零件的最后处理工序。
3.无需回火，淬火表面得到压应力，不易产生裂纹。
4.如工柔牲好，适用面广，可方便地处理大尺寸工件和沟、槽、深孔、内孔、盲孔等局部区域。
5可根据需要调整硬化层深浅。
6.硬度梯度非常小，硬度基本不随激光硬化层深变化而变化。
7.适合的材料广泛，包括各种中高碳钢、工具钢、模具钢以及铸铁材料等。
8.加工过程自动化控制，工期短，质量稳定。
9.低碳环保，无需冷却介质，无废气废水排放。
技术参数
适合材质：各类中高碳钢、铸铁
淬火硬度：一般可比感应淬火高1-5HRC
淬火深度：0.1-1.2mm
应用领域
激光淬火技术解决了许多常规热处理工艺无法解决的难题，已大量应用于冶金、汽车、模具、五金、轻工、机械制造等行业。
适合各类型零件的热处理：
1.难以进入热处理炉的大型工件。
2.仅需对沟、槽、孔、边、刃口等局部表面进行热处理的工件。
3.常规热处理工艺难以处理到的部位。
4.对热处理变形量要求高的精密零件。
5.铸铁工件表面的热处理。
6.常规热处理工艺易产生裂纹的零件。
7.常规热处理工艺达不到硬度要求的零件。
模具钢激光淬火技术及应用
模具钢激光淬火技术，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。
模具钢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。
1.1 模具钢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、高效不需要水或油等冷却介质铸铁材料发动机汽缸
API油管螺纹激光淬火技术应用
应用激光表面热处理技术对API油管螺纹表面进行淬火,在保证原机体钢级屈服强度、抗拉强度、伸长率和冲击功等力学性能的条件下,既不改变螺纹的几何尺寸精度,又能增强螺纹的表面硬度和耐磨、耐蚀性能,提高油管的使用寿命,可有效解决采油作业中的油管粘扣问题。
王娅纯
光信0801
20081182013。