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曲軸激光修復(fù)淬火的原理和特點

發(fā)布時間：

2021-12-21

曲軸激光修復(fù)淬火的優(yōu)點是硬化層均勻，硬度高，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡容易控制，容易自動化，不需要像感應(yīng)淬火那樣根據(jù)不同的零件尺寸設(shè)計相應(yīng)的傳感器，尤其是曲軸激光修復(fù)淬火前后工件的變形幾乎可以忽略不計，因此特別適合對精度要求高的零件表面處理。

  曲軸激光修復(fù)淬火的優(yōu)點是硬化層均勻，硬度高，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡容易控制，容易自動化，不需要像感應(yīng)淬火那樣根據(jù)不同的零件尺寸設(shè)計相應(yīng)的傳感器，尤其是曲軸激光修復(fù)淬火前后工件的變形幾乎可以忽略不計，因此特別適合對精度要求高的零件表面處理。

  曲軸激光修復(fù)淬火的主要原理是金屬材料中的自由電子吸收激光光子能量，溫度上升到共析點以上、熔點以下，產(chǎn)生固態(tài)相變反應(yīng)，通過基體的傳熱自冷卻淬火，在零件表面有限深度內(nèi)發(fā)生固態(tài)相變。
 

  曲軸激光修復(fù)淬火的激光束照射金屬表面形成高溫梯度，導(dǎo)致材料中原子遷移。在一定深度范圍內(nèi)，不同結(jié)構(gòu)的組織層的形成與溫度有關(guān)，主要表現(xiàn)為溫度梯度分布的變化，組織的耐磨性、硬度等性能也會發(fā)生相應(yīng)的變化。曲軸激光修復(fù)淬火后，金屬材料可以根據(jù)組織層的不同分為三層。首先：相變硬化層。激光直接照射該層，溫度上升和下降較快，過熱度和過冷度。在非平衡狀態(tài)下，基體組織以瞬時剪切的形式轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織，伴隨著碳和各種合金元素的擴(kuò)散和遷移。元件總是熱振動，振動的能量與溫度密切相關(guān)。當(dāng)溫度較低時，原子的能量不足以克服周圍原子的約束。

  當(dāng)溫度上升到一定程度時，原子可以越過勢壘，從原來的位置躍遷到其他位置，合金等元素從高濃度向低濃度擴(kuò)散遷移。為了探索合金元素的擴(kuò)散，人們通常使用動態(tài)計算程序DICTRA進(jìn)行模擬。對鐵、鋁、硅合金在不同溫度下的元素擴(kuò)散和遷移進(jìn)行了實驗，結(jié)果表明，計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。盡管有元素的擴(kuò)散和遷移，但與常規(guī)淬火相比，擴(kuò)散時間非常有限，這使得元素的分布非常不均勻。冷卻后得到的顯微組織非常細(xì)小，位錯密度極高，這一層的顯微組織也不一樣。

  金屬表面吸收光能的效率主要取決于材料的表面狀態(tài)。加工后模具表面粗糙度很小，反射率高達(dá)80% ~ 90%。一般采用磷化法和噴涂法對金屬表面進(jìn)行預(yù)處理，以提高金屬表面的激光吸收效率。通過磷化的方法，可以在材料表面形成均勻精細(xì)的金屬磷酸鹽磷化膜，對材料表面影響很小。噴涂法是在金屬表面涂上一層能很好吸收激光的涂層。在曲軸激光修復(fù)淬火高功率激光的照射下，涂層具有良好的熱穩(wěn)定性和高導(dǎo)熱性。