激光表面化技術(shù)之齒輪激光淬火

　　激光表面硬化是以104～105W/cm2高能量的激光束快速掃描工件，使被照射的金屬材料零件表面溫度以極快的速度（ 104～109℃/s） 升到相變點(diǎn)以上；當(dāng)激光束離開(kāi)被照射部位時(shí)，由于熱傳導(dǎo)的作用，處于冷態(tài)的基體以104～106℃/s的冷卻速度對(duì)所加熱的表面進(jìn)行快速自冷淬火，從而實(shí)現(xiàn)零件表面的相變淬火硬化。

　　激光硬化是對(duì)金屬零件表面快速地進(jìn)行局部淬火的一種新技術(shù)。這種工藝方法用于強(qiáng)化零件的表面，可以顯著地提高金屬材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性、疲勞性能及強(qiáng)度和高溫性能； 同時(shí)可使零件心部保持良好的韌性，以使零件具有良好的綜合機(jī)械性能。因此，激光硬化可以提高產(chǎn)品的服役能力，成倍地延長(zhǎng)其使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)。

　　在齒輪制造中，傳統(tǒng)工藝存在諸多弊端。齒輪常規(guī)的熱處理多采用高中頻淬火、滲碳、碳氮共滲、氮化等方法，由于長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱，齒輪內(nèi)部晶粒有長(zhǎng)大的趨勢(shì)，并容易使齒面產(chǎn)生較大的變形，也不易獲得沿齒廓均勻分布的硬化層，從而影響齒輪的使用壽命。同時(shí)，常規(guī)工藝的處理周期很長(zhǎng)，能源消耗很大。因此，減小齒面的變形、縮短加工周期一直是齒輪齒面硬化的技術(shù)難題之一。而激光熱處理變形小、周期短、無(wú)污染，為解決齒面淬火變形問(wèn)題提供了有效的途徑； 且工藝簡(jiǎn)單，加工速度快，淬硬層深度均勻、硬度穩(wěn)定，在齒輪傳動(dòng)嚙合過(guò)程中的耐磨性強(qiáng)，其整體的綜合性能良好。

　　對(duì)齒輪進(jìn)行激光淬火要注意：

　　1、為了提高金屬表面對(duì)激光的吸收率，在激光熱處理前需要對(duì)材料表面進(jìn)行表面黑化處理，即在需要激光處理的金屬表面涂上一層對(duì)激光有較高吸收能力的涂料。

　　2、采用軸向分齒掃描，即利用寬帶激光束沿齒輪軸向移動(dòng)掃描，一次可掃描 1 個(gè)齒面。利用分齒運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 1 個(gè)齒距后激光束再掃描另外 1個(gè)齒面，這樣逐個(gè)進(jìn)行掃描直至掃完整個(gè)齒輪的所有齒面。

　　采用激光淬火與常規(guī)齒輪處理工藝（如高中頻淬火、滲碳或碳氮共滲淬火、氮化等）相比，有許多優(yōu)勢(shì)：

　　1、齒輪經(jīng)激光淬火后的表面硬度高于高頻及滲碳淬火，硬化層的厚度及硬度均勻。

　　2、齒輪經(jīng)激光強(qiáng)化后可在齒面和齒根都產(chǎn)生約640 N / mm2的殘余壓應(yīng)力，且只分布在有限的層深內(nèi)，它對(duì)提高齒輪的疲勞強(qiáng)度及壽命可起到較大的作用。

　　3、齒輪經(jīng)激光淬火強(qiáng)化后的變形極小，不影響齒面粗糙度，可作為最后工序。

　　對(duì)于大多數(shù)精度等級(jí)為 6、7、8 級(jí)的機(jī)械傳動(dòng)齒輪，經(jīng)激光淬火后，沒(méi)有降低原精度等級(jí)。無(wú)需磨齒，可直接裝機(jī)使用。同時(shí)齒輪非處理部位無(wú)需作防護(hù)處理，能耗小，無(wú)環(huán)境污染。