激光淬火是以高能密度的激光束照射工件表面,使工件表面組織快速奧氏體化,隨著材料自身的熱傳導(dǎo)急速降溫冷卻,將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闃O細小馬氏體和組織,從而完成組織轉(zhuǎn)變,提高工件表面的硬度。本文將介紹銳科CL系列6000W光纖激光器高效達成墨鑄鐵零件、45號鋼零件軸淬火應(yīng)用的客戶案例。01
激光淬火相比傳統(tǒng)淬火方式優(yōu)勢顯著
對于零件局部淬火,傳統(tǒng)加工方法為火焰淬火或感應(yīng)淬火,火焰淬火和感應(yīng)淬火均需要淬火介質(zhì),且感應(yīng)淬火需要制作相應(yīng)的工裝,對于復(fù)雜零件,其工裝制作成本和難度較大?;诖耍す獯慊鹩酗@著的優(yōu)勢,具體見圖1。同時基于固態(tài)相變重結(jié)晶強化機理作用,激光淬火層硬度、耐磨性和韌性均優(yōu)其他于傳統(tǒng)淬火層。從激光淬火的市場應(yīng)用來看,該技術(shù)目前主要用于汽車模具、刃具、鋼軌、發(fā)動機缸體等的加工,圖2為典型的激光淬火零件。
圖1 激光淬火優(yōu)勢
圖2 典型激光淬火零件
02
銳科6000CL(600μm)光纖激光器產(chǎn)品介紹
銳科激光熔覆、淬火用連續(xù)加強版CL系列激光器,具有電光轉(zhuǎn)換效率高、光束能量分布均勻、體積小、易于集成、便于維護等特點。圖3為6000CL(600μm)光纖激光器。CL系列是專為熔覆應(yīng)用設(shè)計機型,還包括12000CL (800μm)的激光器,采用定制型高穩(wěn)定性激光傳輸光纜,6000CL為QBH,12000CL為QP(同20-40kW整機);采用全新的單模塊平臺,并集成主動勻化模塊,600-800μm大芯徑輸出,焦點附近為平頂光且高度勻化。主要應(yīng)用于激光熔覆、激光淬火、激光加熱等領(lǐng)域。
圖3 銳科激光淬火用激光器及光束質(zhì)量圖
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采用銳科6000CL光纖激光器對球墨鑄鐵零件淬火,高效達成淬火技術(shù)要求
該零件材料為球墨鑄鐵,需要對表面進行淬火,嚴格控制淬火寬度6mm-8mm,表面硬度大于30HRC,淬火層深度0.3mm-0.5mm。采用機器人搭配10mm*2mm整形光斑淬火頭以及銳科CL系列6000W(600μm)光纖激光器進行淬火測試,淬火速度為4mm/s,激光功率1200W。圖4為零件外形圖和淬火后的表面狀態(tài),圖5為淬火帶寬度和硬化層深度。可以看出零件表面淬火均勻,無熔凝現(xiàn)象,淬火帶寬度約7.8mm,淬火層深度約0.4mm,滿足技術(shù)要求。
圖4 零件外形圖(左)和淬火后的表面狀態(tài)(右)
圖5 淬火帶寬度和硬化層深度
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銳科6000CL光纖激光器高效達成45號鋼零件軸淬火技術(shù)要求
圖6為45號鋼零件軸的外形圖,該零件直徑為5mm,長度20mm,需要對軸端面進行淬火,表面硬度大于45HRC,淬火深度不小于1mm。由于零件尺寸太小,傳統(tǒng)的表面淬火無法精準的控制加熱區(qū)域,很容易造成零件整體硬度偏高,而激光淬火因能精準控制加熱區(qū)域和加熱時間,能很好的控制淬火質(zhì)量。采用機器人搭配準直聚焦淬火頭以及銳科CL系列6000W(600μm)光纖激光器進行淬火測試,采用定點加熱的方式完成淬火,加熱時間僅為3s,激光功率800W。圖7為零件淬火后表面和淬火層形貌和深度測試結(jié)果,零件淬火表面硬度為55HRC,淬火層深度為1mm,滿足技術(shù)要求。
圖6 零件軸
圖7 零件軸激光淬火結(jié)果
a)淬火后表面狀態(tài) b)金相法檢測淬火層深度 c)硬度法檢測淬火層深度
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小結(jié)
本文案例主要介紹了銳科6000CL光纖激光器淬火工藝應(yīng)用探索,并分享了采用6000CL光纖激光器對球墨鑄鐵零件進行淬火的技術(shù)案例,可高效替代解決傳統(tǒng)加工方案不能實現(xiàn)的難題。未來,銳科將繼續(xù)秉持“核心光源,銳科智造”的企業(yè)使命,根據(jù)各行業(yè)對于淬火工藝的進一步需求,不斷迭代激光淬火工藝技術(shù),深度貼合客戶應(yīng)用要求,提供高匹配性的定制化解決方案,助力汽車模具等行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。