滁州激光切割小工件的激光淬火表面处理

时间:2017-11-07 浏览:
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通常,人们对金属工件的表面进行淬火加工,以改善其材料性能。表面淬火工艺增强了工件的耐磨性和抗压强度。传统的表面淬火工艺采用火焰淬火或感应淬火。而采用二极管激光器进行淬火加工是一种新的工艺,具有多种优势。
然而,总的来说,必须达到定义的温度-时间曲线,才能实现所期望的结果,并获得更坚硬、耐磨的表面。以上所提到的温度-时间曲线分为三个阶段:加热时间,保温时间,冷却时间。
加热时间内必须达到所谓的奥氏体化温度。在此温度下,材料的晶体结构变成另一种状态,比在低温条件下多吸收十倍以上的碳。一方面,这种温度的高低水平取决于碳浓度,另一方面取决于加热速度。材料的加热速度越快,就能达到越高的临界温度。对于不同材料,存在所谓的“时间-温度-奥氏体化-图表”, 其中明确表示了这种关系(见图1)。
在保温时间内,碳扩散到铁的晶格中。在这个阶段,保温温度必须高于奥氏体化温度。
冷却时间也是一个重要的参数。如果材料冷却过于缓慢,碳就有时间扩散出去,回到原来的状态,无法实现淬火效应。因此,加工材料要以极快的速度冷却下来,使碳没有足够的时间转变回原来的状态,而是将其保存在铁的晶格结构中。这种新材料构造称为马氏体,其表面硬度比原始材料要高得多。
可达到的硬度取决于碳含量。为达到合适的硬度,碳含量应增加0.35%以上。
激光淬火
在使用激光器进行表面硬化处理的情况下,原则上将上面提到的常规热源(如火焰或感应器)换成激光源。
然而,有一些特性差异使得运用激光进行淬火加工变得非常有趣,这在该行业的具体应用方面非常独特。半导体二极管激光器用于淬火硬化开创了功能工件设计的全新可能。利用激光技术,淬火硬化只发生在工件上精确限定的区域,从而实现某种特定功能,而不影响工件的其它机械性能。
使用激光进行表面硬化处理的优势是对材料做暂时和局部控制良好的热输入。在激光淬火硬化的过程中,加热时间达到上述所说的1000K/秒。升温速率的增加也导致奥氏体化温度的增加,接近1200 ℃(见图1),但也令该材料暴露在高温下的时间很短。暂时和局部限定的热输入产生了应力小、工件不变形的效果。
由于激光具有良好的局部热输入特性,再加上,近距离仍是冷却材料区域中的热传导范围,使快速的冷却时间得以实现。因此,无需水或油之类的冷却介质就能达成必要的冷却时间。热量传递到材料足够快,以达到上临界冷却速度。故而,才能实现“干燥”的淬火加工。
激光束可以很容易地聚焦到工件上,并通过引导沿着淬火区运行。热影响区域是明确界定和限制的,激光光束就聚焦在该区域进行加工。