[发明专利]一种激光选区淬火的工艺方法及装置有效

专利信息
申请号: 201811514668.2 申请日: 2018-12-12
公开(公告)号: CN109355462B 公开(公告)日: 2021-02-09
发明(设计)人: 杨志翔;王爱华;熊大辉;叶兵;吴文迪;吕威;李婷 申请(专利权)人: 武汉华工激光工程有限责任公司
主分类号: C21D1/09 分类号: C21D1/09;C21D1/62;C21D11/00
代理公司: 北京汇泽知识产权代理有限公司 11228 代理人: 张涛
地址: 430223 湖北省武汉市*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 激光 选区 淬火 工艺 方法 装置
【说明书】:

本发明属于激光表面淬火处理技术领域,具体提供了一种激光选区淬火的工艺方法及装置,激光器与斩光盘同时沿着待加工件的表面移动,且斩光盘安装在激光束的光路上,斩光盘上设有通光孔,通过旋转斩光盘使得激光束间歇性通过通光孔并照射在工件表面,通过改变斩光盘的通光孔形状和分布,并控制斩光盘的旋转速度便可以对工件指定的局部区域进行淬火处理,从而获得不同分布的淬火区。该淬火工艺效率高且成本低,且装置简单灵活易操作,自动化程度高,且对大尺寸零件的激光表面淬火处理的适用性更高。

技术领域

本发明属于激光表面淬火处理技术领域,具体涉及一种激光选区淬火的工艺方法及装置。

背景技术

激光淬火技术,又称激光热处理或者激光相变硬化工艺,是采用激光束辐照金属工件,使其表层温度高于奥氏体化温度。激光束扫描结束后,依靠基体材料自身导热,使激光加热区域快速冷却,温度迅速降到马氏体相变温度以下,并在工件表面形成马氏体组织的硬化层。激光淬火冷却速度快,不需要水或油等冷却介质,属于自冷淬火工艺过程。

传统的激光淬火工艺是使用一定宽度的激光光斑通过多道搭接将工件表面整体淬硬。存在的问题是表面淬硬层脆性较大,整个表面全部淬硬后存在较大的应力,在使用时容易开裂,抗疲劳性能不佳。为提高淬火层的抗疲劳性能,近来激光选区淬火工艺得到了广泛的关注。与传统的激光淬火工艺对工件表面整体淬硬不同,选区激光淬火工艺是对材料表面进行选择性硬化处理,即硬化区域不是覆盖整个硬化层,而是形成软、硬相间的复合硬化层,或者硬化阵列。这种方式能使金属材料表面兼有良好的耐磨性和强韧性。

目前有多种方式可以实现激光选区淬火,中国专利公开(公告)号:CN104212965A公开了一种钢轨表面在线激光宽带淬火方法,利用光纤激光器沿45度方向快速扫描钢轨的轮轨接触表面,形成间隔1-2mm离散的淬火带,得到组织为马氏体、贝氏体和残余奥氏体混合组织的激光淬硬层。中国专利公开(公告)号:CN107794364A公开了一种金属材料韧化处理方法通过高功率激光束、电子束对完成预处理的金属材料进行选区强韧化处理,在基体材料表面获得异质异构型增强相。中国专利公开(公告)号:CN102121217A公开了一种用于钢轨表面强化处理的在线激光淬火工艺。在钢轨表面涂敷一层吸光涂料,然后利用脉冲半导体激光器进行扫描。得到厚度为0.8mm,硬度为HV700的网格状淬火点。淬火点的面积为钢轨表面面积的50%-80%。中国专利公开(公告)号:CN2496915Y公开了一种激光表面相变硬化钢轨,利用激光束扫描形成连续或不连续的的淬火层,形状可以是点状、曲线状、网状或平面状。中国专利公开(公告)号:CN103215411A公开了一种激光淬火方法及装置,利用扫描振镜的快速跳转将现有激光淬火工艺中单次加热改变为多次甚至高频次重复扫描加热,实现钢轨表面的选区淬火强化。中国专利公开(公告)号:CN106893970A公开了一种使用激光渗碳强化处理铁路钢轨的方法,将碳粉悬浮液涂覆于钢轨表面,然后用激光渗碳处理在表面形成有一定规律分布的、具有组织紧密的、高硬度的仿生耦合渗碳单元。

以上公开的激光淬火技术,还存在着以下问题:(1)用机械扫描的方法获得离散的淬火区,需要激光光斑来回反复运动以及光闸的开闭来实现,加工的效率不高,并且淬火区的形状受到光斑尺寸的限制,选择有限;(2)使用高功率振镜快速跳转,虽然可以提高加工的效率,但是高功率振镜成本很高、控制系统复杂,应用受到了很多限制。

激光选区淬火也可以通过蒙板法来实现,即在工件表面铺设一层开有通光孔的蒙板。当激光束扫过时,有通光孔的位置工件表面被激光束照射,形成激光淬火层,没有通光孔的位置,激光被蒙板遮挡,保持原始状态。通过调整蒙板上通光孔的形状和尺寸,就可以获得不同形状的淬火区。蒙板法的优点是设备简单、成本低廉,不需要对现有的设备进行改造,只需要制作合适的蒙板铺设在工件表面即可。但是蒙板法的缺点也很明显,在加工过程中,需要蒙板和工件保持相对静止,当激光扫描结束后,要挪动蒙板到新的位置才能继续进行加工。挪动蒙板的操作很难实现自动化,当需要进行连续淬火加工时,如钢轨在线激光强化,固定蒙板法就显得不再适用。

发明内容

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