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激光淬火的特點以及殘余應力和硬化深度無損檢測技術

表面激光淬火硬化的特別之處

  與感應淬火相比，激光束硬化（激光淬火）可提供更短的表面加熱時間。高功率密度激光束（10⁴～10⁵W/cm2）使工件表面非平衡快速加熱（10⁵～10⁶℃/s）和冷卻（10⁵℃/s），實現相變硬化。工件表面無損傷、變形量小、硬度高、耐磨性好（比傳統熱處理硬度提高HRC3-5）。這大大降低了已經很低的淬火變形和結垢。在惰性氣體下，甚至可以完全防止表面氧化。
  在激光淬火中，具有非常高的比功率（與感應淬火相比約為10倍）的激光束被引導到待奧氏體化的工件表面上。幾千瓦的二極管激光器的巨大熱輸出導致在很短的時間內溫度剛好低于熔點！由于熱輸入局限于激光器的局部焦點，因此避免了不必要區(qū)域不必要的加熱。這意味著局部加熱的區(qū)域會被周圍較冷的區(qū)域快速淬滅。這種所謂的自淬火消除了用水淬火的需要。
  通過激光淬火，表面被激光束加熱并通過工件中的散熱進行淬火（自淬火）！
  激光點覆蓋的磁道寬度為1到大約1.50 mm，取決于聚焦和過程控制。較大的表面層需要與激光逐行掃描。激光硬化的典型硬化深度在0.1mm至2mm的范圍內。與感應淬火一樣，要淬火的表面越小且表面層的深度越淺，激光淬火的成本效益就越大。激光硬化特別適合于很難進入的區(qū)域，例如螺紋孔。

激光淬火應用領域

  表面激光淬火針對零部件表面關鍵工作部位表面改性再制造、修復加工，提高其表面硬度、耐磨性、耐蝕性和耐高溫性能，大幅提高其使用壽命。激光淬火廣泛應用于模具、機械制造、石油、化工、輕工、五金工具、汽車零部件等行業(yè)，典型工件有：齒輪、內外齒圈、汽車模具、離合器、導軌、缸套、瓦楞輥、油管、螺紋、鋸片、錘座、重要軍品如魚雷推進軸等。加工后效果好、生產效率高、可靠性強、加工環(huán)保。

汽車制造

工業(yè)機械

模具強化

五金工具

石油化工設備

  通過表面激光淬火，僅小區(qū)域表面可以經濟地硬化。硬化深度可以保持很低！

激光淬火硬化深度無損檢測技術

  激光淬火硬化深度的評估是獲得準確的過程控制品質因數的重要參數。測量硬化深度厚度的方法很多。主要的缺點是基于光學顯微鏡分析的顯微照相觀察，用顯微照相確定馬氏體和鐵素體-珍珠巖之間的過渡區(qū)域。在材料橫截面處研究的顯微硬度分布可提供更準確的表面硬化深度。然而，這兩種方法都是耗時且昂貴的。批量生產線中對鋼部件的質量控制和過程監(jiān)控的需求不斷增長，需要快速，經濟地進行檢查，因此沒有進行破壞性測試的機會。

  3MA（微磁、多參數、微觀結構和應力分析）多功能無損測試技術的優(yōu)勢在于可以同時檢測諸如殘余應力、硬度和硬化深度之類的不同目標。多參數3MA方法能夠解決此問題。

激光淬火殘余應力無損檢測技術

  激光淬火加工表面的質量取決于加工和熱處理工藝參數，需要通過不同的方法進行質量檢查控制，例如金相，殘余應力，殘余應力梯度，硬度，硬度分布分析，并借助宏觀和微觀幾何質量特征。因此，檢查成本是質量成本的主要組成部分，并且特別高，因為這些常規(guī)測試中的大多數本質上都是破壞性的，非常耗時。監(jiān)控加工缺陷、高拉伸殘余應力區(qū)域、淬火硬化和退火區(qū)以及裂紋是主要目標。由于加工步驟中，拉應力可以被壓應力覆蓋。因此，對于傳統的測試方法，這種殘余應力深度分布的評估可能是一項復雜的任務。

  3MA無損檢測技術可以實時或以快速后處理方式測量大多數這些特征?？梢酝ㄟ^3MA方法控制激光淬火硬化過程，而無需施加任何耦合介質，從而避免干擾表面的能量吸收過程。3MA傳感器可以集成在CO₂激光硬化系統中，并測量表面硬度和表面深度（DS），距離激光點約5cm。另一個目標是對整個激光硬化軌道甚至在激光焊接縫中的殘余應力進行無損測量。3MA傳感器可以同時無損檢測表面和不同深度處的殘余應力。如下圖中給出了一個示例。如校準步驟所示，通過3MA（NDE）測量的激光硬化軌道上的殘余應力與通過X射線測量的殘余應力具有很好的比較。細微的差異緣于不同的穿透深度和二維應力狀態(tài)以不同的方式影響X射線和微磁測量。

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