除了高频淬火设备之外较少用的激光淬火

一般情况下的工件淬火淬火大家一般都会用电磁加热式的高频淬火设备,那么除此之外激光淬火大家有没有用过你呢,激光表面快速硬化技术在工模具热处方面比较独具优势,今天就给大家用实例:9341高速钢机用锯条激光淬火和T10钢手用锯条激光热处理普及一下激光淬火。

9341高速钢机用锯条激光淬火

试样材料为9341 钢机用锯条,机用锯条尺寸为300mm x36mm x 1. 8mm,原始组织为退火状态,试样表面黑化处理采用涂碳素墨水的方法。

激光设备采用JL6A型横流连续C02激光器,激光波长10.6u.m,激光束为多模,实用功率为1kW。并配有导光系统移动式淬火机床,JGJF一1型C02微功率监测反馈器和JGW一84一1型C02激光功率模式显示仪。

采用4X型台式和XJ4一04型卧式金相显微镜,并检测激光淬火层深度和宽度。用71型显微硬度计测定激光淬火层横截面上的硬度,载荷为200gf(lgf=9.806 65 ×10-3N) ,记作HVO.2,表面硬度测量带内均为距表面30um处。由正交试验得出,9341高速钢机用锯条激光较佳工艺参数为:能量密度2000J/cmz, 功率密度P=5 500W/cm2,淬火次数n=2,光斑直径d=5mm。 将激光淬火的试样与常规淬火的试样一起进行560℃x lh x3 次回火,激光淬火者硬度1 0lOHV,常规淬火回火者为914HV,激光淬火者硬度高于常规处理。

T10钢手用锯条激光热处理

激光热处理是20世纪70年代初发展起来的一项新技术,在国外应用已很普遍,国内许多地区和单位也开展了大量卓有成效的工作,运用于工具热处理上亦皎好的效果。以下介绍T10钢手用锯条激光热处理工艺。

1)试验条件。

①试验设备。使用的激光器为500W连续式C02激光装置,由以下五个部分组成:

激光源由5支封离型纵向C02激光管构成,每支以低次模输出100W左右;激光电源为五台高压直流电源,每台输出大于40kV,最大允许电流10OmA,实际工作电流为0 -50mA;

光学系统。光速偏转、焦距调整装置,功率密度大于1 x 104W/cm2,光斑直径仂1.5~2mm、离焦量3mm,波长10.6pm并附着He一Ne红色激光指示;

机械工作台,X轴行程可控最大约300mm,速度10 -50mm/s无级变速;

电控部分采用可控硅配合直流电动机无级变速工作台,通过调整焦距量控制激光束的能量密度,配合扫描速度达到热处理技术要求。

②技术要求。T1o钢制手用锯条的形位公差,要求侧面的直线度≤2mm,刀形弯曲不大于1.5mm,销孔直径d的中心对宽度6中心线的位移不大于0. 5mm。 锯条齿部硬度81 -85HRA,两端30mm 以内(回火区)不大于76HRA。锯切性能按行业标准有关规定执行,不同规格锯条第一片切断时间不大于5 -6min, 第五片切断时间不大于9 -9- 5mino 锯路不应有明显的不对称现象。

2)激光热处理工艺参数。

①黑化(粗化)处理。因为一般金属都是良导体,其磨光表面对10.6um光波的反射率很高,这对激光热处理来说是非常不利的。因为金属试样表面对激光能量的吸收随着光的波长的增长而加大,在波长为10.6p.m的C02激光器中,各种金属的反射率都在95%以上。因此为了充分利用激光能量,金属工件在处理之前必须进行黑化。黑化的方式有涂层、发黑、磷化法等。对于黑化层的要求为激光照射时,具有高的吸收系数、承受高温的能力,并在化学上是惰性的,容易涂上和除去。常用的材料包括石墨、黑色涂料、磷酸锰和锌以及金属氧化物。其中磷酸锰最好,吸收率可达80%-90% ,膜厚3 -5p.m具有较好的防锈能力。但在照射过程中有发亮冒烟现象,且价格昂贵,工业上应用成本太高。故人们常用磷化或碳素墨水石墨(<140目),在整体或大面积硬化时用磷化法,其优点是磷化膜厚薄均匀,不影响工件表面尺寸、吸收率高、工艺简便。缺点是容易烧灼。局部硬化的用碳素墨水+石墨粉涂覆法,其优点上吸收率较高、价格便宜、局部 黑化方便。缺点是碳素墨水含有偏磷酸盐,在工件表面上易造成花斑,但不影响表面粗糙度。

②热处理工艺参数。

激光淬火。T10钢手用锯条在功率500W连续作用C02激光器上淬火,能量密度1. 2 x 104W/cm2,离焦量3mm、扫描速度35mm/s,磷化处理,激光束扫描齿部和锯背。根据相变硬化机理,以锯齿不出现熔化为原则。在功率固定的激光器上调整离焦量和扫描速度,找出较佳工艺参数。如果离焦量固定,扫描速度增大则淬不硬锯齿,若扫描速度减小则锯齿熔化。同样,固定扫描速度,增大离焦量,则光斑增大能量密度降低,导致淬不硬。反之,离焦量减小则光斑减小能量密度增加,锯齿可能熔化。

冷却。激光淬火工件的表面由于受高能量密度的激光束照射,产生很高的温度,又因为金属具有优良的导热性能,所以工件常利用自身的冷却便可淬火,这种冷却比常规淬火快得多。相变硬化的初始阶段,速度可达1.7 x l04°C/s

回火。激光相变硬化层属于表层处理,可以不予回火。

3)试验结果。

①用上述工艺参数进行激光热处理的手用锯条有两条比较明显的白色淬火带边缘,带宽2mm左右,淬火带光亮,变形较好。

②显微硬度。白亮层84HV,硬化层深度0.648mm,宽度1.388mm,基体显微硬度259 -303HV。

③金相组织。白亮层:隐针马氏体+Fe3C(粒状)。过渡层:隐针马氏体+Fe3C(粒状)、托氏体和球状珠光体。原始组织:球状珠光体。

由于激光淬火时,锯条表面高速加热和急速冷却的结果,使马氏体变得极细,按正常浸蚀后为白亮层。

④锯切性能试验。按部颁《手用钢锯条》标准规定,测试锯床锯弓压力8k?a,行程150mm,双向锯切往复次数为60次/min(不用切削液),试坯材料为经调质处理过的24 - 27HRC,垆Omm 的45 钢,在规定时间锯切5 片为合格。在上述条件下取30件作锯切试验,结果如表2-112所示。

4)分析讨论。从以上结果可知,其显微硬度、金相组织、使用寿命与常规处理不同。主要是由于激光处理时,加热和冷却速度都非常快。根据奥氏体等温转变动力学可知,金属材料加热速度越快,Ac1、AC3、Accm点温度提高得越多。奥氏体形成的各阶段也移向更高的温度,完成奥氏体化的时间也相应缩短。由于快速加热使奥氏体化起始晶粒细化,特别快的加热就使得奥氏体晶粒超细化。根据有关资料介绍,白亮层为隐针马氏体组织。这种结构是由高密度位错型和孪晶复合的马氏体组织组成,高密度位错型马氏体具有较好的耐磨性及韧性,而孪晶马氏体具有高的强度和硬度。淬火层粒状碳化物分布均匀而细小,提高了锯条的耐磨性。由于这些微观组织的特征,使激光淬火锯条有极大的优越性。激光淬火的锯条锯切性能好,韧性好,不会脆断。

5)结论。

①激光热处理Tlo钢手用锯条,显微组织极细,为隐针马氏体,耐磨性优良,使用寿命比行业标准高61%,使用时无脆断。

②和盐浴淬火相比,激光热处理锯条可省去清洗、回火、退柄等工序。节能、节省设备及辅料等,可以降低生产成本。

③和盐浴相比,激光淬火能改善劳动条件,减轻劳动强度,无环境污染。

④锯条在激光淬火前必须黑化(粗化),以提高对激光能量的吸收率。

⑤缺点是激光淬火设备较贵,一次性投资大。激光淬火在高速钢刀具热处理中属新技术新工艺,激光淬火虽有很多优点,但在实际应用很少。

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