激光表面硬化技術(shù)提高齒輪性能
發(fā)布時間：
2014-02-18 13:54
激光表面硬化是以104～105W/cm2高能量的激光束快速掃描工件，使被照射的金屬材料零件表面溫度以極快的速度( 104～109℃/s) 升到相變點(diǎn)以上；當(dāng)激光束離開被照射部位時，由于熱傳導(dǎo)的作用，處于冷態(tài)的基體以104～106℃/s的冷卻速度對所加熱的表面進(jìn)行快速自冷淬火，從而實(shí)現(xiàn)零件表面的相變淬火硬化。
激光硬化是對金屬零件表面快速地進(jìn)行局部淬火的一種新技術(shù)。這種工藝方法用于強(qiáng)化零件的表面，可以顯著地提高金屬材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性、疲勞性能及強(qiáng)度和高溫性能； 同時可使零件心部保持良好的韌性，以使零件具有良好的綜合機(jī)械性能。因此，激光硬化可以提高產(chǎn)品的服役能力，成倍地延長其使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)。
在齒輪制造中，傳統(tǒng)工藝存在諸多弊端。齒輪常規(guī)的熱處理多采用高中頻淬火、滲碳、碳氮共滲、氮化等方法，由于長時間高溫加熱，齒輪內(nèi)部晶粒有長大的趨勢，并容易使齒面產(chǎn)生較大的變形，也不易獲得沿齒廓均勻分布的硬化層，從而影響齒輪的使用壽命。同時，常規(guī)工藝的處理周期很長，能源消耗很大。因此，減小齒面的變形、縮短加工周期一直是齒輪齒面硬化的技術(shù)難題之一。而激光熱處理變形小、周期短、無污染，為解決齒面淬火變形問題提供了有效的途徑； 且工藝簡單，加工速度快，淬硬層深度均勻、硬度穩(wěn)定，在齒輪傳動嚙合過程中的耐磨性強(qiáng)，其整體的綜合性能良好。
對齒輪進(jìn)行激光淬火要注意：
1、為了提高金屬表面對激光的吸收率，在激光熱處理前需要對材料表面進(jìn)行表面黑化處理，即在需要激光處理的金屬表面涂上一層對激光有較高吸收能力的涂料。
2、采用軸向分齒掃描，即利用寬帶激光束沿齒輪軸向移動掃描，一次可掃描1 個齒面。利用分齒運(yùn)動轉(zhuǎn)動1 個齒距后激光束再掃描另外1個齒面，這樣逐個進(jìn)行掃描直至掃完整個齒輪的所有齒面。
采用激光淬火與常規(guī)齒輪處理工藝(如高中頻淬火、滲碳或碳氮共滲淬火、氮化等)相比，有許多優(yōu)勢：
1、齒輪經(jīng)激光淬火后的表面硬度高于高頻及滲碳淬火，硬化層的厚度及硬度均勻。
2、齒輪經(jīng)激光強(qiáng)化后可在齒面和齒根都產(chǎn)生約640N/mm2的殘余壓應(yīng)力，且只分布在有限的層深內(nèi)，它對提高齒輪的疲勞強(qiáng)度及壽命可起到較大的作用。
3、齒輪經(jīng)激光淬火強(qiáng)化后的變形極小，不影響齒面粗糙度，可作為最后工序。
對于大多數(shù)精度等級為6、7、8級的機(jī)械傳動齒輪，經(jīng)激光淬火后，沒有降低原精度等級。無需磨齒，可直接裝機(jī)使用。同時齒輪非處理部位無需作防護(hù)處理，能耗小，無環(huán)境污染。
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