实验优化激光淬火工艺参数研究

　　0引言

　　激光淬火工艺是将一束高能量的激光光束照射在待淬火的金属表面，瞬间使其表面被照射区域温度升至相变温度，并通过空气冷却使得表面产生高硬度淬火组织的热处理工艺。当前，激光淬火工艺作为一种新型的热处理加工工艺，逐渐被应用到生产实践中。相对于传统淬火来说，激光淬火可以精确控制热处理区域而且激光淬火后的工件热变形小。但是其缺点也很显著，激光淬火的温度无法直接测量，所以实际操作中大多是通过大量的实验确定合适的激光淬火参数。

　　在激光淬火工艺的研究与应用中，淬火后材料的表面硬度是激光淬火最重要的性能指标，也是衡量激光淬火质量的主要因素。激光淬火后所产生的表面硬度受到激光束功率、扫描速度、光斑大小、材料表面对激光的吸收率以及材料的热物性能(材料的导热性和比热等)的影响。在加工时其他因素都已确定，主要考虑激光束功率、扫描速度以及离焦量(确定光斑大小)的设置。本研究主要分析光斑大小和激光束扫描速度对GCr15钢表面硬度的影响，在此基础上通过实验优化参数，以提高激光淬火质量。

　　1主要参数对激光淬火质量的影响分析

　　激光淬火质量主要是由激光淬火温度决定。然而，决定激光淬火温度的因素很多，包括材料性能参数，如材料的导热系数k、材料的热扩散系数a等;与激光淬火工艺过程有关的控制参数，如激光淬火光斑的能量分布密度以及激光束的扫描速度。还有材料对激光的吸收率，这与材料表面的黑化预处理有关[1]。

　　在实际激光淬火时，材料和其他一些条件都已确定，这时淬火质量主要是由激光淬火的工艺参数一一檄光束的功率、激光光斑大小以及激光束扫描速度决定[2]，很多研究和试验都证明了这一点[3-4]。Katsamas和Haidemenopoulos[5]研究了低合金钢15CrNi6的激光淬火相变硬化，着重观察了激光束功率、激光光斑大小以及扫描速度对金相组织的影响，发现这些工艺参数对淬火后材料的表面硬度和淬硬深度都有影响。

　　从控制的角度上看，在待激光淬火材料一定的情况下，激光淬火过程中，可以控制的主要工艺参数是激光束的功率、激光光斑的大小(由离焦量决定)以及激光束扫描速度，这些参数可以在激光淬火过程中进行改变。所以，分析这些参数对激光淬火质量的影响对保证实际的激光淬火加工质量有很大的益处。本研究针对轴承钢GCr15进行激光淬火正交试验，以优化激光淬火相应的工艺参数。

　　2工艺参数对试件淬火质量的影响实验

　　GCr15钢是滚动轴承、精密量具、冷冲模具以及机床丝杠等零件的常用材料。一般用于要求硬度高、耐磨性好、高强度和高韧性零件的加工生产。大量的实验验证激光淬火可以较好地提高GCr15钢的表面耐磨性，而且不降低其韧性[6]。