激光表面淬火的应用
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。
激光淬火技术工艺介绍及应用
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。
激光表面淬火-李凤辉
激光表面淬火1 引言激光淬火又称为激光相变硬化，是指以高能密度的激光束照射工件表面，使其需要硬化部位瞬间吸收光能并立即转化为热能，从而使激光作用区的温度急剧上升形成奥氏体，经随后的快速冷却，获得极细小马氏体和其他组织的高硬化层的一种热处理技术。
热量从工件表面向基体内部快速传导，表面得以急剧冷却（冷却速度可达104℃∕ｓ甚至106℃∕ｓ），实现自冷淬火。
2 激光表面淬火的优缺点由于激光相变硬化加热及冷却都是在快速下进行的，所以使得激光相变硬化与常规热处理有许多不同之处。
⑴激光淬火比普通淬火硬度高，耐磨性好，对于低、中碳钢效果更为明显。
⑵激光淬火变形小，热影响区小。
⑶由于激光淬火是自冷，因而不用淬火介质，不必清洗，无污染，生产环境好。
⑷硬化层深度可以控制。
⑸因为光的传递方便，所以可实现自动化生产。
⑹可任意选淬火部位，对零件任一局部可施行淬火，只要光照到的部位均可处理。
尽管激光是一先进技术，有许多优点，但也存在一些不利因素和一定局限性。
⑴设备较贵，一次投资大，对操作人员要求较高。
⑵淬火前表面要增加一预处理工序。
⑶大面积淬火时，扫描带之间有软带，硬度不连续。
⑷光电转化效率还较低。
⑸硬化层深度较浅。
3 激光表面淬火工艺3.1 激光淬火表面预处理由于一般钢铁零件是是在精加工后才强化处理的，表面光亮，对激光的反射率很高，吸收激光能量的能力很低，因此待处理工件表面必须经过表面预处理，以提高激光能量的利用率。
通常采用黑化处理，即在零件表面得到一层对光具有高吸收率的黑色薄膜。
磷化法：用磷酸锰或磷酸锌为主的溶液浸渍零件（可加温），在表面得到深灰色的绒状薄膜，膜厚约10μｍ，CO2激光吸收率可由激光表面的10％～15％提高到70％～95％。
这种黑化处理仅适用于低碳钢、中碳钢和铸铁，对高合金钢（如不锈钢）效果不好。
炭素法：用炭素墨汁或或石墨－粘结济溶液涂在零件表面。
这种方法可用在任何材料上，还可进行局部涂敷。
这种涂层吸收率为90％左右，对材料有一定增碳作用。
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
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
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
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
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
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
第 七 章 激 光 加 工 技 术
激 光 表 面 改 性 技 术
上一页 回首页 下一页 回末页 回目录
§7.2
第 七 章 激 光 加 工 技 术
单光束螺旋扫描齿轮激光淬火工艺应用
sin arccos
式中: 渐开线上 点的极径，ω为齿轮转动角速度。
如图随着激光束从齿顶到齿根移动，速度不断减小，这就可能发生齿顶与齿 根温差巨大的现象。故此，应该使扫描速度变化，使得齿顶齿根处的实际扫 描速度基本保持恒定，通过编程对其扫描速度进行改变。 c) 激光入射角
激光淬火与传统表面淬火方法的比较
单光束螺旋扫描齿轮激光淬火工艺
硬化层形成机理 激光淬火过程中存在热传导、热对流和热辐射过程。齿轮的激光淬 火过程，加热区可以分为上、中、下三层，上层为高温表层，中层 为过渡层，下层为冷基体。显然，冷却从下层向上层逐级进行，且 冷却速度越来越慢，随着此温度梯度分布的马氏体含量也不同，这 和常规淬火方式的冷却方向恰恰相反
单光束螺旋扫描齿轮激光淬火工艺应用
淬火是将钢材加热到临界温度Ac 以上温度，使之奥氏体化，然后以大于临 界冷却速度的速度冷却到 以下(或 附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的 热处理工艺。激光淬火又称为激光相变硬化,激光淬火是将传统热源改为激光加 热。尽管目前激光表面淬火技术的应用还不及传统热处理技术那样广泛和成熟, 但由于其具有的独特优越性, 正日益受到人们的重视。
单光束螺旋扫描 单光束螺旋扫描示意如下图所示，加工时激光光斑照射在齿面齿宽 方向的一端并保持位置不变，齿轮安装在主轴上作回转运动，同时 工作台带动齿轮作轴向进给运动( 提供沿齿宽方向的激光淬火带搭 接宽度) ，最后得到的扫描轨迹就是带有搭接的螺旋带
单光束螺旋扫描齿轮激光淬火示意图
工艺参数
a) 齿轮偏置量
基体自淬火要求。因此应增加辅助冷却措施，加速轮齿冷却速度，使其迅速 达到临界值。同时，辅助冷却也能减弱二次回火现象，确保获得良好的硬化 效果，可根据实际生产需求设计。
激光加工4表面处理
2.5
100
2.0
Weight loss (mg)
80
Microhardness (HV0.1)
1000
800
Weight loss (mg)
1.5 1.0 0.5 0.0
60
600
40
400
20
200
Ni60+15%WC X+10%TiN
X+20%TiN
X+30%TiN
0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.1 and 2 mm thick, while avoiding evaporation.
These requirements limit the ranges of processing parameters as well as the type of laser that can be used.
the coating material and a thin layer of the substrate to form a pore- and crack- free
coating 0.1 mm ~ 2 mm thick with low dilution that is perfectly bonded to the substrate. Advantages of Laser cladding : • Thickness: 0.1 mm ~ 2 mm
合金等；添加的合金元素有Ni、Cr、W、Ti、Co、Mn、Mo、B等。
三、表面合金化
研究重点有如下四个方面。 1）工艺研究。包括工艺方法、合金元素和工艺参数（激光光斑形状与 尺寸、功率、扫描速度等）的选配等研究工作。
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。
激光淬火用途
激光淬火用途
激光淬火啊，这可是个很了不起的技术呢！你知道吗，它在好多领域都有着超级重要的用途。
先来说说在工业制造方面吧。
就好比我们日常用的汽车，那里面的很多零部件都可以用激光淬火来处理呀。
它能让这些零部件变得更加坚硬、耐磨，就像是给它们穿上了一层坚固的铠甲，让汽车能更长久地运行，这多厉害呀！还有那些大型的机械装备，经过激光淬火后，使用寿命能大大延长，这可给企业节省了不少成本呢，难道不是吗？
再想想我们生活中的一些小工具，比如刀具。
经过激光淬火的刀具，那可真是锋利无比呀，切东西就跟切豆腐一样轻松。
这就好像一个原本普通的战士，经过了特殊的训练，一下子就变得超级厉害，能轻松应对各种挑战啦。
在模具制造领域，激光淬火也是大显身手呢。
它能让模具的表面硬度提高很多，这样在生产过程中就不容易磨损和变形啦。
这就像是给模具打造了一个坚强的外壳，让它能经受住各种压力和考验。
而且哦，激光淬火还特别精准呢。
它可以只对需要处理的部位进行淬火，而不会影响到其他地方。
这就好像是一个神枪手，能准确地击中目标，而不会伤到周围的无辜。
另外，它还很环保呀，不会产生很多污染。
和一些传统的淬火方法相比，这可是一个很大的优势呢。
总之，激光淬火的用途真的是太广泛啦！它在各个领域都发挥着重要的作用，让我们的生活变得更加美好和便利。
它就像是一个默默无闻的英雄，在背后为我们的生活保驾护航呢！我觉得激光淬火真的是一项非常了不起的技术，值得我们好好去了解和探索呀！。
激光淬火,熔凝,毛化,合金化应用
激光淬火技术在汽车发动机行业中的应用1．汽车发动机缸体（套）激光热处理常规工艺流程：镗缸—清洗—磷化（或相关处理）—激光淬火—清洗—珩磨—检验2．加工过程：用高能激光束（能量密度为104~105w/cm2）对工件表面扫描（一般为螺旋线扫描），被扫的部分内壁材料表面急骤升温到相变温度，激光束离开后，被加热的部分又很快通过母体冷却而形成自淬火。
其淬火部分呈超细化的马氏体组织，硬度由淬火前的HRC20-25提高到HRC55-60，约2.5倍，并得到0.2-0.4mm的淬火层深。
从而提高工件的耐磨性能3-5倍。
汽车发动机缸体（套）激光淬火后的性能指标硬化层厚度0.2-0.4mm硬化层宽度≥2.5mm形变量≤0.0013mm表面洛氏硬度由HRC20提高到60HRC以上万公磨损量由0.054mm下降到0.0087mm行车里程由普修后6万公里增加到20万公里以上润滑性能提高一倍以上使用寿命延长三倍以上.激光熔覆在家用厨刀表面的应用采用激光涂层在常用的不锈钢厨刀刃口进行薄层快速熔覆，得到涂覆层均匀、高耐磨的刀具刃口，代替传统的刀具生产工艺，改造其产业提高刀具（厨刀）产品的内在质量和附加值。
通过对涂层材料的配比、激光涂层性能等方面的分析研究，开发出与“懒汉刀”同等水平的厨刀并将其实用化。
通过优化工艺采用预置式合金粉末得到了无裂纹、一定硬度涂层的厚度、变形小、回火带窄的刃口。
可以看出，熔覆层均匀覆盖在刀刃上。
对断面分析，从外向内可以明显的看出分为4个区域：熔覆层、硬化过渡区、回火区和基体材料。
3.1.1 熔覆区该区以涂层材料为主要成分，硬度较高HV990-1300，厚度0.02-0.08mm，其中大量未熔的硬质颗粒，起到了弥散强化的作用。
涂层过厚易形成裂纹，影响使用，通过优化工艺参数，得到了既无裂纹、硬度高、表面光洁，与基体呈良好冶金结合的涂层，而这一涂层正是提高刃口磨损性能的关键。
3.1.2 硬化过渡区这一区域包含与熔覆层相接的合金化层，与回火区相接的淬火区，占硬化层的80%，硬度层硬度平缓过度，组织主要是过度细化的马氏体和碳化物。
激光淬火_精品文档
激光淬火激光淬火: 利用光能加固材料激光淬火是一种高度精确的表面处理技术，利用激光来加热材料表面，然后快速冷却，以增强材料的硬度和耐磨性。
激光淬火过程中，材料经历了高温、快速冷却和应力释放等过程，从而改善了材料的性能。
本文将介绍激光淬火的原理、应用以及其在工业领域的重要性。
激光淬火的原理基于材料的相变特性。
当激光束照射在材料表面时，能量会被吸收并转化为热能。
热能的传递速度与激光束的功率、脉冲时间和扫描速度有关。
热能的高速传递使材料表面迅速升温，达到临界温度以上，然后迅速冷却。
激光淬火与传统的热处理方法相比具有许多优势。
首先，激光淬火是一种非接触式加工方法，不会对材料表面造成损伤。
其次，激光淬火具有高度的可控性和可重复性，可以根据需要对不同材料进行不同参数的处理。
此外，激光淬火的加工速度非常快，可以大大提高生产效率。
激光淬火在工业领域具有广泛的应用。
首先，激光淬火可以提高材料的硬度，使其具有更好的抗磨性能。
这在制造行业中特别重要，例如汽车制造、机械制造和刀具制造等。
其次，激光淬火可以调整材料的组织结构，使其具有更高的强度和耐腐蚀性。
这对于航空航天、能源和核工业等领域来说尤为重要。
激光淬火还可以提高材料的表面质量。
通过淬火过程中的快速冷却，可以消除材料表面的氧化层和气孔，使表面变得光滑并提高材料的外观质量。
这对于造船业、建筑业和家电制造业等领域来说也是至关重要的。
除了在传统的工业领域中的应用，激光淬火还在新兴的领域中得到了广泛的关注。
例如，激光淬火在微电子行业中被用于制造更小、更快的芯片。
激光淬火可以提高芯片的导热性能，减少发热和能量损耗。
此外，激光淬火还被用于生物医学应用，例如生物材料的表面改性和医疗器械的制造。
激光淬火虽然在许多领域中得到了广泛应用，但其仍然面临一些挑战。
首先，激光淬火设备的成本较高，对中小型企业来说投入较大。
其次，淬火过程中产生的应力可能导致材料变形和开裂。
因此，需要合适的工艺控制来克服这些问题。
激光淬火技术特点及应用案例介绍
激光淬火技术作为一种新型的热处理工艺，与传统表面淬火技术相比，技术适用性广，不受感应器制作难度的限制，这一技术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，应用较为广泛。
激光淬火的特点：从质量优势、技术特质、适用材料、实际应用这四个方面来说，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、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。
激光淬火应用案例：
验收现场
激光淬火设备系统配备4000W光纤耦合半导体激光器，可以单独切换光路的一分二光闸，以及自主研发的双料仓负压式送粉器，可实现长距离的稳定送粉。
一分二光闸
根据实际加工工艺的需要，系统配置行程3米的机器人滑台，以及加工防护围栏、激光器空调房等辅助设施，采用双色高温仪及基于激光功率的过程检测与控制系统，维持加热区温度恒定不变来实现温度-功率闭环控制，保证淬火质量。
满足金属工件激光表面改性/再制造等先进制造工艺需求，广泛应用于电力、能源、交通、军工、冶金、机械制造、矿山、石化等领域。
以上就是相关内容的介绍，希望对大家了解这一问题会有更多的帮助，同时如有这方面的兴趣或需要，可以在线咨询官网或拨打热线询问。
金属材料表面激光淬火技术的应用
金属材料表面激光淬火技术的应用周金科光信0801班20081182015金属材料表面激光淬火技术的应用是以工业应用为目的，重点从两个方面研究了金属材料表面激光强化和改性的若干关键技术。
第一，金属材料激光表面硬化技术研究。
以应用需求为目标，研究某些钢铁材料构成的机器设备、零部件的表面强化技术，寻求更有效、更经济、更方便地提高机器设备零部件表面性能的新方法、新工艺，拓宽激光热处理的应用范围，推动激光表面处理技术工业化进程。
第二，金属材料激光表面熔覆技术研究。
以提高材料表面的耐磨、耐蚀等性能为目的，采用预置和送粉熔覆工艺方式，对常用的镍基合金和镍基碳化钨金属陶瓷合金涂层进行系统研究。
针对阻碍激光熔覆技术工业化推广应用进程的主要问题之一的熔覆层裂纹问题，为寻求该问题的有效解决方法，从熔覆材料体系的设计、熔覆工艺的探索和规范以及在工艺规范条件下激光与熔覆材料的相互作用关系、涂层组织和性能到工件表面的最后强化和改性效果，进行了系统实验研究和机理分析。
一、金属材料激光表面硬化技术研究。
研究了激光表面淬火工艺参数和硬化层性能、强化效果之间的关系，对大面积激光淬火技术的基础理论及搭接方法对组织性能的影响规律进行了探讨。
并结合工业应用，对包装机械用模切辊、挤塑机换网器、化工行业用过丝辊和铁路钢轨等的激光表面强化技术进行了系统研究，获得了对这些零部件进行激光表面强化的成熟的工艺，解决了这些零部件激光表面强化过程中的关键技术。
实验和研究的结果及主要结论，综合起来有以下几个方面：1．影响金属材料激光表面强化效果的因素有很多，可分为四个方面：(1)激光参数，(2)材料特性，(3)工艺参数，(4)环境条件。
但在实际实践中，影响因素主要是激光功率和工艺参数。
实验表明，对于任何工件的表面强化，均存在一最佳的工艺参数组合。
2．首次成功地实现了模切机模切辊的大面积激光表面强化。
该方法克服了常规硬化方法的不足，加工速度快、成本低、操作简便、实用性强。
激光表面强化技术应用
激光表面强化技术激光是一种相位一致、波长一定、方向性极强的电磁波，激光束由一系列反射镜和透镜来控制，可以聚焦成直径很小的光(直径只有0．1mm)，从而可以获得极高的功率密度(104~10W／cm2)。
激光与金属之间的互相作用按激光强度和辐射时间分为几个阶段：吸收光束、能量传递、金属组织的改变和激光作用的冷却等。
它对材料表面可产生加热、熔化和冲击作用。
随着大功率激光器以及激光束调制、瞄准等技术的发展，激光技术进入到金属材料表面热处理和表面合金化技术领域，并在近几年得到迅速发展。
一、激光表面强化技术常用的激光表面强化技术主要有三种：激光表面淬火、激光熔凝淬火、激光熔覆与合金化。
激光表面淬火是激光表面处理中最成熟、应用最广泛的一种技术。
将激光照射到具有固态相变的铁碳合金工件表面上，使表面温度迅速升到材料相变温度；当激光移开后，表层被处于常温的内层材料迅速冷却而自行淬火，从而使表层组织结构和性能发生明显变化。
激光淬火处理后的工件表面硬度高，通常比常规淬火硬度高5％～20％．可获得极细的硬化层组织。
淬硬层一般在0.1～1.2mm。
可以对形状复杂的零件和不能用其它常规方法处理的零件进行局部硬化处理．如具有沟槽的零件。
由于激光加热速度快，因而热影响区小．淬火应力及变形小。
一般认为激光淬火处理几乎不产生变形，但厚度小于5mm的零件其变形仍不可忽视。
激光熔凝淬火是以高功率密度的激光，在极短的时间内与金属相互作用，使金属表面局部区域在瞬间被加热到熔化状态。
随后，借助冷态金属基体的吸热和传导作用，使得已熔化的表层金属快速凝固，产生细小的铸态组织。
由于激光熔凝淬火允许金属表面熔化，实际操作时可以使用比激光淬火更加高的功率密度和更加慢的扫描速度，因此激光熔凝淬硬层深度比前者更深，一般在1.5～2.5mm。
激光熔凝淬火的不足之处在于，激光加工后的表面粗糙度有所降低，其降低的幅度取决于激光加工的工艺参数，而激光表面淬火可以基本保持工件表面粗糙度不变。
不同表面淬火及应用特点
感应加热淬火技术的基本原理（3） 磁导率µ和电阻率ρ又与工件的温度 有关，在Ac1以上(770℃)磁导率μ几乎 降至为零。这样钢中电流导入深度可简 化为 20℃时：
δ 20 =
20 f
mm mm
图4－3 钢的磁导率、电阻 率与加热温度的关系
500 800℃时： δ 800 = f
所以温度越高，加热速度越慢，避免 了表面过热。
氧与燃料 气体积比 1.0 1.75 4.0 * 2.0
空气与燃料 气体体积比 — 9.0 25.0 * —
3 火焰加热淬火方法（1） 为了使工件表面加热均匀,可采取如下方法： （1） 旋转法：火焰喷嘴 或工件旋转。 适合中小型工件。
火焰加热淬火方法（2） （2） 推进法：工件和火焰喷嘴做相对移动。 适合导轨、大齿轮等工件；
功率密度 加热时间 硬化层深度 工件冷却 淬火层组织 畸 变
感应加热淬火新技术（ ） 感应加热淬火新技术（2） 2 双频感应加热淬火 对于凹凸不平的工件可采用两种频率交替加热， 较高频率加热时，凸出部位温度较高；较低频率 加热时，低凹部位温度较高。这样可达到均匀硬 化的目的。 3 超音频感应加热淬火 采用20kHz ～ 50kHz的频率（超音频波）感应 加热淬火可解决凹凸不平工件表面淬硬层不均匀的 问题。
2 表面淬火的分类 一般按加热源的名称分类
火焰表面淬火
高频感应表面淬火 等离子弧表面淬火
电阻表面淬火 激光表面淬火
3
适合表面淬火的金属材料
一般用于处理中碳调质钢和球墨铸铁。
表 4 — 1 常 用 表 面淬 火 常 用 钢 及铸 铁 牌 号 类 别 钢 号 应 用 35, 40, 45, 50 碳 素结 构 钢 小模 数 、 轻 载 齿轮 及 轴 类 零 件 40Cr, 45MnB 中等 模 数 、 载 齿 轮 和高 强 度 传 动 轴 轻 合 金结 构 钢 30CrMo, 42CrMo,42SiMn 模数 较 大 、 负 载较 大 的 齿 轮 与轴 类 5CrMnMo, 5CrNiMo 负荷 大 的 零 件 灰 口铸 铁 机床 导 轨 、 气 缸套 铸 铁 球 墨 铸铁 , 合 金 球 墨 铸 铁 曲轴 、 机 床 主 轴、 凸 轮 轴
激光表面淬火的应用领域
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
如对大型齿轮的齿面、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加工情况的需要。
大型轴颈的激光表面淬火
激光表面淬火的应用 3
激光表面淬火适用与各类特殊零件的热处理
1.难以进入热处理炉的大型工件； 2.仅需对沟、槽、孔、边、刃口等局部表面热处理的工件；
3.常规热处理难以处理到的部位；
4.常规热处理工艺易产生裂纹的零件； 5.常规热处理达不到硬度要求的零件。
激光表面淬火的应用 4
激光表面淬火在齿轮零件热处理中的应用
1.从激光淬火齿面硬度、硬化层深度以及抗点蚀疲劳强度等性能指标
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。
激光表面淬火的优势
（1）功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质。
（2）淬硬层均匀，硬度高。
（3）工件变形小，易于实现自动化。
激光表面淬火的应用
激光淬火技术可以对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模 具等零件进行表面强化。 其适用材料为中、高碳钢，铸铁。如激光强化的铸铁发 动机汽缸，其硬度提高到 HB680 ，使用寿命提高 2 ～ 3 倍。激 光表面淬火后的潜水艇、飞机等重载大齿轮能够解决常规热 处理带来的齿轮变形过大及噪音问题。
看，激光淬火完全可以取代常规的齿轮渗碳工艺；
2.激光淬火工艺采用了常用普通中碳钢代替昂贵的合金渗碳钢，有效 地降低了生产成本，产生了良好的经济效益；
激光表面淬火的应用 4
激光表面淬火在齿轮零件热处理中的应用
3.激光淬火解决了常规齿轮渗碳工艺中存在的变形难题，省去了后面的磨 齿工艺，而且提高了成品率，进一步降低了成本。
激光表面淬火的应用
课程：工程材料基础 主讲人： 黄丽娟
教学目标
掌握激光表面淬火技术的应用。
激光表淬火
激光表面淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身 冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。
激光表面淬火
激光表面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