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激光加熱表面淬火的原理與普通熱處理相同，但其加熱時間很短、面積小、冷卻時間短。極快，即利用激光作為熱源，快速加熱金屬表面一小塊區(qū)域，使其奧氏體化，然后急冷進行淬火強化。理論和實踐都證實，表面溫度和熱穿透深度都與激光照射持續(xù)時間的平方根成正比。因此，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)光斑尺寸、掃描速度和激光功率，可以控制其表面溫度和熱穿透深度。當(dāng)激光束離開受熱表面時，那里的熱量很快傳導(dǎo)到表面剩余的冷部，相當(dāng)于自淬火，不需要其他快速冷卻措施。激光束掃描時，還可以通過改變光束擺動的幅度和頻率來調(diào)節(jié)功率密度，從而控制硬化層深度和覆蓋面積。
由于激光光斑或光束擺動的幅度很小，只能通過光束在零件表面一一掃描來進行加熱。為了不因后一個掃描條帶邊緣處的熱量而使前一個條帶的硬化部分回火和軟化，應(yīng)努力使光束邊緣或擺動面的能量分布盡可能陡峭。這可以使用光柵來實現(xiàn)。
與感應(yīng)加熱表面淬火類似，一般鋼材激光表面淬火后的組織也分為表面完全淬火區(qū)、分層不完全淬火區(qū)和心部未淬火區(qū)。
與普通熱處理相比，激光加熱表面淬火具有以下特點。
1、加熱速度極快，工件熱變形極小。由于激光功率密度高，加熱速度高達1010℃/s，熱影響區(qū)小，工件熱變形小。
2、冷卻速度非常快。如果工件質(zhì)量足夠，冷卻速度可達1023℃/s;自冷淬火不需要冷卻介質(zhì)，依靠從表面到內(nèi)部的熱傳導(dǎo)。
3、激光淬火后工件表面獲得細(xì)小的馬氏體組織，表面硬度高和耐磨性。
4、由于激光束掃描(加熱)面積很小，因此可以非常精確地加工形狀復(fù)雜的工件(如小凹槽、盲孔、小孔、薄壁零件等)或部分加工。還可以根據(jù)需要對同一部位的不同部位進行不同的處理。
5、不需要加熱介質(zhì)，不會排放氣體污染環(huán)境，有利于環(huán)境保護。
6、節(jié)省能源，工件表面潔凈。處理后無需磨削，可作為工件精加工的最后一道工序。
7、激光加熱表面淬火可以實現(xiàn)個性化定制和靈活加工。對于不同材質(zhì)、形狀和大小的金屬零件，可以通過激光加熱表面淬火技術(shù)實現(xiàn)個性化定制和靈活加工。同時，這種技術(shù)還可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和降低成本。
綜上所述，激光加熱表面淬火技術(shù)是一種具有高硬度、高精度、高效率和環(huán)保特點的金屬表面處理技術(shù)。在金屬制造和加工領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，并成為當(dāng)前金屬熱處理技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，激光加熱表面淬火技術(shù)將會不斷完善和發(fā)展，為金屬制造和加工行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和變革。
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