一种基于网格扫描方式的激光淬火工艺

技术领域

本发明涉及激光淬火技术领域，尤其是一种基于网格扫描方式的激光淬火工艺。

背景技术

激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。激光淬火技术解决了许多常规热处理工艺无法解决的问题，如薄壁件的淬火、内孔零件的表面处理等，已大量应用于冶金、汽车、模具、五金、轻工，机械制造等行业，适合各种零件的热处理。目前现有激光淬火技术多数为多道搭接连续性扫描。可实现对零部件大面积的硬化使其具有较高的硬度与耐磨性能，但多道搭接激光淬火会产生回火软化现象，已经形成的马氏体组织在被二次加热后转化为硬度较低的回火马氏体出现硬度值不增反减的缺点。多道搭接激光淬火后还易造成零件表面应力集中产生变形等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于网格扫描方式的激光淬火工艺，基于网格状的方式对工件进行激光淬火，网格状的表面减小了激光淬火过程中的热应力，因为激光淬火技术本身利用基体的自冷却效应形成的马氏体组织，当基体表面为网格状时，基体自冷却速率大于多道连续性淬火，故形成马氏体组织不受前道次影响不会产生回火效应。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种基于网格扫描方式的激光淬火工艺，包括如下步骤：

调整激光频率，按照设定淬火带的间隔使用设置完成的激光淬火系统对待淬火的工件表面进行淬火，形成网格状离散化激光淬火；

调节不同激光淬火带之间的间隔，之后对完成离散化激光淬火的试件进行淬火层硬度测试与表面摩擦磨损测试。

作为进一步的实现方式，淬火前对待淬火工件表面进行清洁，以确保其表面符合激光淬火要求。

作为进一步的实现方式，脉冲激光的入射角度垂直于工件表面。

作为进一步的实现方式，所述脉冲激光的激光功率为800w。

作为进一步的实现方式，所述脉冲激光的扫描速度为10mm/s。

作为进一步的实现方式，激光淬火带之间的间隔为0.2mm，之后对完成离散化激光淬火的试件进行淬火层硬度测试与表面摩擦磨损测试。

作为进一步的实现方式，激光淬火带之间的间隔为0.4mm和0.5mm，之后对分别完成离散化激光淬火的试件进行测试。

作为进一步的实现方式，网格状激光淬火后的表面硬度在742HV-747HV，平均摩擦系数降低0.01。

作为进一步的实现方式，激光淬火带之间的间隔为0.4mm时，网格状激光淬火后的表面硬度在788HV-797HV，平均摩擦系数降低0.02。

作为进一步的实现方式，激光淬火带之间的间隔为0.5mm时，网格状激光淬火后的表面硬度在802HV-826HV，平均摩擦系数降低0.03。

上述本发明的有益效果如下：

本发明基于网格状的方式对工件进行激光淬火，网格状的表面减小了激光淬火过程中的热应力，因为激光淬火技术本身利用基体的自冷却效应形成的马氏体组织，当基体表面为网格状时，基体自冷却速率大于多道连续性淬火，故形成马氏体组织不受前道次影响不会产生回火效应。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例中网格式激光淬火表面分布图；

图2是现有连续性激光淬火表面硬度分布图；

图3是本发明实施例中网格式激光淬火表面硬度分布图；

图4是现有连续性激光淬火表面摩擦系数曲线图；

图5是本发明实施例中网格式激光淬火表面摩擦系数曲线图；

图6是连续性激光与网格式激光淬火表面平均磨损量对比示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1-图6所示，一种基于网格扫描方式的激光淬火工艺，包括如下步骤：

A、对待淬火钢表面进行清洁，以确保其表面符合激光淬火要求。

B、调整六轴机械手臂以及脉冲激光的频率，入射角度垂直于试件表面，光斑直径调整为4mm，激光功率为800w，扫描速度为10mm/s，淬火带的间隔间隔为0.2mm。

C、按照设定淬火带的间隔使用设置完成的激光淬火系统对待淬火的工件表面进行淬火，形成网格状离散化激光淬火。

D、对完成离散化激光淬火的试件进行淬火层硬度测试与表面摩擦磨损测试。

通过上述调整，网格状激光淬火后的表面硬度在742HV-747HV，耐磨性能比原工艺提高60.5％～67％。油润滑工况下，平均摩擦系数降低0.01。相较于原工艺改善明显。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1-图6所示，一种基于网格扫描方式的激光淬火工艺，包括如下步骤：

A、对待淬火钢表面进行清洁，以确保其表面符合激光淬火要求。

B、调整工艺参数，光斑直径调整为4mm，激光功率为800w，扫描速度为10mm/s，淬火带的间隔间隔为0.4mm。

C、按照设定淬火带的间隔使用设置完成的激光淬火系统对待淬火的工件表面进行淬火，形成网格状离散化激光淬火。

D、对完成离散化激光淬火的试件进行淬火层硬度测试与表面摩擦磨损测试。

通过上述调整，网格状激光淬火后的表面硬度在780HV-803HV，耐磨性能比原工艺提高68.5％～70.6％。油润滑工况下，平均摩擦系数降低0.02。相较于原工艺改善明显。

实施例3

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1-图6所示，一种基于网格扫描方式的激光淬火工艺，包括如下步骤：

A、对待淬火钢表面进行清洁，以确保其表面符合激光淬火要求.

B、调整工艺参数，光斑直径调整为4mm，激光功率为800w，扫描速度为10mm/s，淬火带的间隔间隔为d为0.5mm。

C、按照设定淬火带的间隔使用设置完成的激光淬火系统对待淬火的工件表面进行淬火，形成网格状离散化激光淬火。

D、对完成离散化激光淬火的试件进行淬火层硬度测试与表面摩擦磨损测试。

通过上述调整，网格状激光淬火后的表面硬度在805HV-834HV，耐磨性能比原工艺提高69.4％～74.1％。油润滑工况下，平均摩擦系数降低0.03。相较于原工艺改善明显。

本实施例基于条状淬火带，通过控制淬火带与带之间的间隔最终行程的网格状硬化结构，硬化面积比对比文件中更大，硬化深度更深，最终耐磨性能增加。形成的网格状硬化层硬度值更加均匀。

现有激光淬火技术加工零件表面时不可能扫描一道就能覆盖全部表面。现有技术均采用连续多道次搭接扫描的方式。这样的扫描方式下由于温度场的径向分布决定了后道的激光淬火一定会对前道激光淬火后的马氏体组织产生不同程度的回火。所以两道搭接区域的马氏体主要转变为回火马氏体，形貌与马氏体组织相似。回火马氏体组织的硬度较小，所以产生了软化效应。

网格状的创新在于避免道次之间的相连，设置合理的间隔参数，虽然硬化面积相较于全表面连续性淬火较小，但网格状的表面减小了激光淬火过程中的热应力，因为激光淬火技术本身利用基体的自冷却效应形成的马氏体组织，当基体表面为网格状时，基体自冷却速率大于多道连续性淬火，故形成马氏体组织不受前道次影响不会产生回火效应。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。