齒輪模具激光表面強(qiáng)化技術(shù)是指在數(shù)控環(huán)境下脖嗽，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對齒輪或模具表面進(jìn)行處理，改變其表層的組織或成分拆座，實(shí)現(xiàn)表面相變強(qiáng)化或增強(qiáng)性修復(fù)的技術(shù)主巍。

　　激光相變強(qiáng)化的金屬材料學(xué)

　　所謂激光相變強(qiáng)化，是用激光束掃描工件懂拾，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點(diǎn)以上煤禽，受熱層在光斑移開時，由于工件基體的熱傳導(dǎo)作用使溫度舜間進(jìn)入馬氏體區(qū)或貝氏體區(qū)岖赋，發(fā)生馬氏體相變或貝氏體相變檬果，完成相變強(qiáng)化過程。

　　相變強(qiáng)化工藝具有表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)唐断，可根據(jù)不同材質(zhì)选脊、工件熱容量大小、以及激光處理工藝參數(shù)的不同脸甘，實(shí)現(xiàn)硬度恳啥、強(qiáng)化層深度可控偏灿。在傳統(tǒng)熱處理工藝中影響強(qiáng)化效果的技術(shù)因素，在激光相變強(qiáng)化中所起的作用發(fā)生了很大變化钝的。

　　1.彌散強(qiáng)化和畸變強(qiáng)化

　　激光相變強(qiáng)化形成奧氏體翁垂，當(dāng)停止激光照射，金屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變港揉。在此工藝環(huán)境下形成的奧氏體减磷，不管是表層，還是里層宰孙，奧氏體晶粒都沒有孕育長大的機(jī)會氏赴。彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相或貝氏體相坚哲，使組織具有晶格強(qiáng)化的同時具有彌散強(qiáng)化效果服酥。而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格御欢，比常規(guī)淬火有更高的缺陷密度找肤。與此同時，殘余奧氏體也獲得極高的位錯密度艾烫，使金屬材料具有畸變強(qiáng)化效果镀翁，強(qiáng)度大大提高氯北。

　　2.無氧化脫碳淬火

　　在傳統(tǒng)熱處理中拄讨，工件在加熱過程如沒有保護(hù)措施，便會發(fā)生氧化蹦漠、脫碳現(xiàn)象椭员，使工件的硬度、耐磨性笛园、使用性能和使用壽命降低隘击。

　　激光相變強(qiáng)化所使用的吸光涂料具有保護(hù)工件表面免遭氧化的性能。

　　3.激光強(qiáng)化的抗疲勞機(jī)理

　　影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時間研铆。磨損和疲勞在材料損傷過程中交互促進(jìn)埋同，磨損溝痕可成為疲勞裂紋的萌生點(diǎn)，加速疲勞裂紋的萌生棵红，材料表面出現(xiàn)疲勞裂紋后凶赁，表面粗糙度嚴(yán)重惡化，磨損也將加劇逆甜。

　　激光強(qiáng)化層具有較強(qiáng)的抗塑性變形和抗粘著磨損能力虱肄。

　　4.等強(qiáng)工作層

　　常規(guī)熱處理的冷卻方向是由表及里，表面的冷卻速度最快交煞，由表及里冷卻速度逐漸降低咏窿，所以得到了由表及里硬度值下降的梯度分布斟或。

　　激光相變強(qiáng)化的加熱方向雖然也相同，但表面溫1度較高虫喝，而且加熱時間相對較長肮插，可達(dá)0.2～0.25s，而里層奧氏體化則是舜間完成俊揣，使得表層奧氏體中有更高的碳濃度咕咸，有更強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果。激光淬火冷卻方向卻與常規(guī)熱處理相反云拔，是由里及表倡剥，里層溫度雖低，但冷卻速度最快足曹，外層溫度雖高檀萝，有固溶強(qiáng)化優(yōu)勢，但冷卻速度最慢江刚，雖然里層碳濃度稍低朋凰，但畸變強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化更強(qiáng)烈。這樣在硬化層內(nèi)就形成了幾乎不變的硬度值分布驴荡。

　　激光強(qiáng)化件等強(qiáng)工作層避免了常規(guī)熱處理件一旦表面出現(xiàn)磨損情组，其磨損速度便加速的現(xiàn)象。

　　齒輪激光相變強(qiáng)化工藝技術(shù)

　　1.材料問題

　　激光齒輪宜采用中碳鋼箩祥，不宜采用低碳鋼院崇。如果采用低碳鋼，齒輪的基體將沒有強(qiáng)度保證袍祖，降低彎曲疲勞強(qiáng)度底瓣。

　　2.原始狀態(tài)

　　激光齒輪的最佳原始狀態(tài)是調(diào)質(zhì)狀態(tài)，具體操作可與齒輪毛坯鍛造后的消除應(yīng)力熱處理相結(jié)合蕉陋。鍛坯正火加高溫回火獲得激光齒輪所希望的調(diào)質(zhì)狀態(tài)捐凭，是低成本之路。

　　3.掃描方式

　　激光齒輪的掃描方式主要有周向連續(xù)掃描凳鬓，軸向分齒掃描茁肠。

　　4.齒輪激光強(qiáng)化的預(yù)處理技術(shù)

　　合適的預(yù)處理劑是保證齒輪激光強(qiáng)化處理的關(guān)鍵之一,一直以來也是激光加工的難點(diǎn)問題。合理適用的預(yù)處理劑和處理工藝缩举，可以防止齒輪表面的淬火裂紋垦梆，降低表面燒損敏感性,保證激光處理后齒面精度,增加淬硬層厚度。

　　5.無搭接技術(shù)和離焦差異問題

　　由于齒輪工況要求蚁孔，齒輪表面硬化層要求沿齒廓合理分布奶赔，而齒輪的形狀特殊，另外齒輪節(jié)圓面不能有淬火帶搭接，因此需要專用寬帶聚焦系統(tǒng)衷屋。

　　此外,由于激光束對齒面的照射不能保證齒面不同部位均有相同的離焦量现岗，選擇焦點(diǎn)的照射位置是保證齒面硬度分布合理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　6.激光齒輪的性能

　　激光齒輪的性能主要是三方面：疲勞性能尔粮；如果激光齒輪和調(diào)質(zhì)齒輪均未發(fā)現(xiàn)有斷齒現(xiàn)象辱涨，證明其具有較高的抗彎曲疲勞性能；耐磨性能激靡；使用性能开撤。

　　模具材料替代技術(shù)

　　金屬材料激光表面強(qiáng)化技術(shù)可用于金屬材料的表面強(qiáng)化，解決整體強(qiáng)化和其他表面強(qiáng)化手段難以克服的矛盾娩纱；也可用于金屬材料的表面改性瞒唇，獲得低等級材料的高性能表層。激光表面強(qiáng)化技術(shù)引發(fā)的模具材料替代技術(shù)為降低模具制造成本開辟新途徑磨豁。

　　1.冷作模具的材料替代技術(shù)

　　冷作模具要求材料具有強(qiáng)度服畜、韌性、耐磨顾翼、抗疲勞和咬合抗力性能投放。

　　冷作模具采用中高碳碳素鋼、低合金鋼或鑄鐵經(jīng)激光相變強(qiáng)化后代替用傳統(tǒng)工藝的高等級材料适贸，存在廣泛的技術(shù)應(yīng)用空間灸芳。雖然冷作模具廣泛采用的高合金鋼具有合金碳化物的獨(dú)特耐磨效果，但是激光相變強(qiáng)化因其彌散強(qiáng)化拜姿、畸變強(qiáng)化烙样、加工過程和熱處理過程無氧化無脫碳和具有等強(qiáng)工作層，可以彌補(bǔ)高合金鋼具有的合金碳化物的耐磨效果砾隅。因而激光強(qiáng)化的工藝靈活優(yōu)勢在材料替代技術(shù)領(lǐng)域可得到更廣泛應(yīng)用误阻。

　　塑料模具的工作溫度在350℃以下時具有冷作模具相同的材料替代技術(shù)空間债蜜。

　　2.熱作模具的材料替代技術(shù)

　　熱作模具材料除了要求具有強(qiáng)度晴埂、韌性、耐磨寻定、抗疲勞和咬合抗力性能外儒洛，對紅硬性和抗回火性能有特殊要求。因而用低材質(zhì)激光相變強(qiáng)化代替不了高合金鋼所具有的抗高溫性能狼速。模具再制造技術(shù)和激光熔覆可使碳素鋼琅锻、低合金鋼或鑄鐵具有抗高溫性能。

　　塑料模具的工作溫度在400℃以上時可用熱作模具相同的材料替代技術(shù)儿戏。

　　3.鑄鐵模具

　　鑄鐵模具的強(qiáng)化潛力取決于基體組織是否是珠光體肴泥。如果基體組織有太多的鐵素體，將降低材料的淬硬性，所以鑄鐵模具的材料替代以提高強(qiáng)化潛力為目標(biāo)耻宋。以國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)腿弛，球墨鑄鐵需選QT600以上，蠕墨鑄鐵需選RT380以上雁巾，灰口鑄鐵需選HT200以上的牌號躬摆。目前市場大量存在HT150模具，這類模具采用相變強(qiáng)化效果不佳岔霞。

　　齒輪和模具的再制造技術(shù)

　　在齒輪或模具損壞或缺陷部位采用激光熔覆工藝熔覆特定的合金材料阻洋，使其與基體金屬材料形成良好的冶金結(jié)合，這種修復(fù)處理不僅僅對齒輪或模具形貌進(jìn)行修補(bǔ)阵厨，而且提高了修復(fù)部位的性能败芙，是一種增強(qiáng)型修復(fù)。目前把這種業(yè)已用于齒輪和模具修復(fù)的激光表面熔覆稱為齒輪或模具的再制造技術(shù)惫谤。

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