采用激光淬火工藝,對經過切削加工好的構件進行淬硬時產生的局部淬火變形是很小的,由此可使后續加工減少到最低程度或者完全免去這種加工,從而使模具在淬硬后可立即投入生產應用。激光束淬火設備可以擴展為激光粉末堆焊和激光焊絲堆焊。
除了CO2激光器、光纖激光器和Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石激光器)外,直接可以使用的還有光纖連接的高效二極管激光器(HLDL)。高效二極管激光器是以一個相對較短的波長范圍進行工作,由此使能量吸入工件材料的情況要比其他激光光源更為有效,高效二極管的能量吸收效率約可達到35%。
采用10kW的HLDL激光器,淬硬寬度可達60mm
可淬硬的工件材料有結構鋼、調質鋼和鑄鋼,以及各種不同種類的如片狀石墨鑄鐵或球狀石墨鑄鐵。可直接淬硬的材料,其含碳量至少要達到0.22%。但是,經滲碳的鋼和預先經氮化的鋼同樣也可以進行淬火。
模具表面通過大于1000oK/s的溫度的升高速度加熱到奧氏體化的溫度,這個溫升經控制達到接近材料的熔點,但是不會到達這個熔點溫度。溫度能維持的時間約為10-3~10秒,冷卻的速度決定于溫度向構件本身的傳導。在構件表面形成一層較薄的氧化層,這一層氧化層多數是無足輕重的,并且可毫不費力地將其去除掉。在采用氣體保護的情況下進行激光淬火時可以避免產生氧化層。與其他的淬火工藝相比,激光淬火所獲得的金相組織是相當精細的顆粒。由于馬氏體的形成,硬度值可達到硬度的上限值。對于淬火工藝的選擇來說,應由對工件提出的功能要求來決定,而不是出于如像淬火工藝局部的可使用性來決定。
應該減少切削加工的制造費用或者減少“已淬硬”構件的加工費用。如果在淬火時傳入工件的熱量較高,由以前切削加工所形成的應力會在工件的周圍釋放出來,造成構件的變形。工件就需要留有加工余量,這種加工余量需要花費較多的材料費用并有一定的風險。結果是在淬硬的構件上必須要進行后續加工,這會耗費較多的時間和費用。我們的目標是,應使構件在>軟的<狀態下,即在淬火之前進行切削精加工,這就必需要采用一種產生很小變形的淬火工藝。而采用HLDL激光器進行局部淬火,為減小淬火變形提供了最好的條件。并且能繼續保持構件核芯的基本韌性和相應降低了產生裂紋的風險。
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