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1、综述齿轮激光淬火强化技术冯荣元摘要齿轮激光相变强化具有弥散强化、畸变强化、无氧化脱碳、独特的抗疲劳机理和等强工作层等强化机制,使齿轮既有高硬度又有高强度,大大提高疲劳性能和耐磨性能,而且没有粗晶、分层、齿根应力集中等工艺隐患,避免偶然失效。采用轴向分齿扫描,根据齿轮模数选择适当的激光参数,尤其适合模数m≥4的大、中型齿轮。关键词:齿轮激光强化工艺中图分类号:TH16文献标识码:B文章编号:1671—3133(2005)02—0132—03奥氏体的分解速度。分解速度快的淬透性差,分解速1传统齿轮热处理工艺及其质量特点度慢的淬透性好
2、。在奥氏体开始分解之前有个孕育时间,材料只要在孕育时间内越过这一温度区间,便可获1)表面淬火表面淬火最常用的有高频淬火和得完全的淬火组织(马氏体或贝氏体);否则,只能得火焰淬火。一般机床齿轮选用中碳钢经高频淬火处到部分淬火组织或完全得不到淬火组织。理,所得到的硬度、强度及韧性可满足要求,且具有不在激光淬火中,当用D=5mm的光斑,V=易氧化、脱碳和变形小、生产率高等优点。大模数齿轮1200mm/min速度扫描时,一个固定点的加热时间是(m>4),多采用逐齿加热淬火法,小模数齿轮一般采012s,据现场测试,钢质件经012s加热可使
3、距表面017用整体加热淬火法。生产现场简易条件下采用火焰淬～1mm处的温度升到AC3临界温度以上。反之,当工46火,也有一定使用效果。件的热容量足够大时,被加热工件将以10～10℃/s此工艺最大弱点是齿根容易应力集中,使用中容的冷却速度从AC3临界点温度冷却到马氏体开始转易发生断齿,且由于高频线圈不可能做到完全和齿形变温度MS以下,对于奥氏体越过珠光体转变区域,完吻合,造成齿面硬度分布不均。成马氏体相变条件是足够的。所以,淬透性对于激光2)化学热处理汽车、拖拉机等大载荷高速齿轮表面相变强化来说无关紧要。为了使基体具有强韧性能而齿
4、面耐磨,采用低碳钢表2)弥散强化和畸变强化激光相变强化是以高面渗碳后淬火、回火,或采用中碳钢整体调质处理后表能量密度的激光束照射工件表面,使需要强化的部位面渗氮等化学热处理。此类工艺目前虽可满足使用性瞬间吸收光能,温度急剧上升,形成奥氏体,表面层的能要求,但工艺流程长、能耗高、成本高,且造成环境污奥氏体化时间约012s,奥氏体晶粒没有孕育长大的机染。此外,渗碳处理的齿轮变形大,加大后期精加工工会,弥散的奥氏体晶粒,形成弥散的马氏体相,使马氏作量;渗氮处理的齿轮在使用中有剥落现象。体具有晶格强化的同时具有弥散强化效果。而且,在3)
5、整体调质处理齿轮轴和大载荷中、低速大型激冷条件下形成的马氏体晶格,比常规淬火有更高的齿轮采用调质处理,防止脆断是一项重要指标,为了用缺陷密度。与此同时,残余奥氏体也获得极高的位错同一种工艺满足多方面性能要求,采用高淬透性材料密度,从而使金属材料具有畸变强化效果,强度大大提进行调质处理,确保轴和基体在重载荷下不发生脆断,高。这一兼顾性工艺,牺牲了齿面的硬度,降低了耐磨性。3)无氧化脱碳激光相变强化所使用的吸光涂料具有保护工件表面免遭氧化脱碳的性能。2激光相变强化的特点4)强化抗疲劳性能用经激光处理和未经激光处理的Cr12MoV试样
6、做磨损对比试验,发现激光处理激光相变强化是用激光束扫描工件,使工件表层试样表面比较光滑、犁沟较浅、粘着现象较轻;而未经快速升温到AC3临界点以上,受热层在光斑移开时,激光处理的试样磨损表面损伤严重,有明显的犁沟和由于工件基体的热传导作用使温度瞬间进入马氏体区表面粘着斑痕。因此激光强化层具有较强的抗塑性变或贝氏体区,发生马氏体相变或贝氏体相变,完成相变形和抗粘着磨损能力,强化材料抗疲劳性能。强化过程。5)强化层硬度均匀常规热处理由表及里其硬1)淬透性淬透性是指金属材料在加热到奥氏度值有一个明显的下降梯度,经激光强化的工件,整个体化
7、之后的冷却过程中,当其处于珠光体转变区域时强化层的硬度几乎一样。132现代制造工程2005(2)©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net综述面回火。对于给定的齿轮模数,只要所选择的激光功3齿轮激光淬火相变强化工艺率P和扫描速度V位于图1所示的该模数曲线的右311齿轮材料下方,即不会发生背面回火。激光齿轮无需整体淬火,宜采用中碳钢,如果采用315变形问题低碳钢,齿轮的基体将没有强度保证,
8、降低弯曲疲劳强由于激光淬火度。加热速度极快,可34312齿轮原始状态达10～10℃/s,而激光淬火齿轮的最佳原始状态是调质状态,具体相变温度停留时间-2操作可与齿轮毛坯锻造后的消除应力热处理相结合,极短,只有10～-1在传统工艺中,原本锻后消除应力热处理可退火,
