激光表面硬化技術提高齒輪性能
發布時間：
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) 升到相變點以上；當激光束離開被照射部位時，由于熱傳導的作用，處于冷態的基體以104～106℃/s的冷卻速度對所加熱的表面進行快速自冷淬火，從而實現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行局部淬火的一種新技術。這種工藝方法用于強化零件的表面，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械性能。因此，激光硬化可以提高產品的服役能力，成倍地延長其使用壽命，具有顯著的經濟特點。
在齒輪制造中，傳統工藝存在諸多弊端。齒輪常規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，齒輪內部晶粒有長大的趨勢，并容易使齒面產生較大的變形，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、硬度穩定，在齒輪傳動嚙合過程中的耐磨性強，其整體的綜合性能良好。
對齒輪進行激光淬火要注意：
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。利用分齒運動轉動1 個齒距后激光束再掃描另外1個齒面，這樣逐個進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，有許多優勢：
1、齒輪經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、齒輪經激光強化后可在齒面和齒根都產生約640N/mm2的殘余壓應力，且只分布在有限的層深內，它對提高齒輪的疲勞強度及壽命可起到較大的作用。
3、齒輪經激光淬火強化后的變形極小，不影響齒面粗糙度，可作為最后工序。
對于大多數精度等級為6、7、8級的機械傳動齒輪，經激光淬火后，沒有降低原精度等級。無需磨齒，可直接裝機使用。同時齒輪非處理部位無需作防護處理，能耗小，無環境污染。
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