关于感应淬火和激光淬火之间的比较
关于感应淬火和激光淬火哪一种更适合汽车覆盖件模具和汽车内板件模具，通过实践，终于尘埃落定。结论是只有自动化的感应淬火能诠释模具人对模具淬火的要求，现实中实现了对大型模具的无变形、高效率、低成本淬火。激光淬火虽然在很多领域有广泛的应用，但对覆盖件模具淬火来说有些不切实际。下面就有关话题做些探讨。
1、感应淬火最好采用高中频电源，具体讲就是到10KHz-25KHz,这样就可保证模具要求的淬硬层为2-3mm的要求,激光淬火只有0.05-0.20mm,实际中抛光时有时就可抛掉。
2、对感应淬火来说，加热的同时在冷却和移动，工件上来不及热传导，所以对汽车覆盖件模具来说，几乎没有变形，不破坏模具加工原有的光洁度。而激光淬火当淬硬层超过0.05mm时，开始有变形，淬硬层越厚，变形越大，由于加热机理不同，激光淬火也会破坏模具原有光洁度。
3.感应淬火的效率是激光淬火的几十倍，因它的宽度最宽可达100-200mm.是激光淬火无法比拟的。
4、感应淬火易实现多轴联动控制轴，连续完成曲线对接。实践证明，对复杂模具要实现连续、高效的淬火，感应器不但要精确的跟踪要淬火区域的特征线法线，而且要对曲面变化实时对跟踪曲面进行调整，才能保证淬火质量，所以要六轴以上联动才能完成。激光淬火由于采用二氧化碳激光器，无法完成多轴联动，所以不能连续工作，只能分段手工干预，不能实现自动化。
5.自动感应淬火机床可自动识别模具机械加工数模，可实现离线编程，编程者可在计算机上完成编程过程，不占用加工时间，这对激光淬火来说，难以实现。
6、感应淬火可直接完成切边模等立面的淬火，也可完成从上面投影看不见的面的淬火，这是激光目前无法做到的。
7、感应淬火后模具的变形量可做到对后面工序忽略不计的完美程度，完全实现火后不加工。激光淬火由于加热机理的不同目前还无法做到不破坏模具原有光洁度的水平。这一点对控制模具的加工成本和制造周期是至关重要的。
8、感应淬火运行成本低。它只用电，没其它辅助材料。
9、现在也有采用手持式感应淬火，我国十年来大约有十家企业购买了手持感应淬火设备，但使用效果都不好，绝大多数都闲置，个别企业用来处理小镶块。主要原因是人手很难控制加热的速度、距离、温度、水量、风量和方向。数控感应淬火机床可根据不同材料和淬火工艺要求，调节距离、速度和方向，完全满足模具淬火的需求。
10、采用数控感应淬火机床时，可适当降低模具材料的性能和节省大量的火后加工和修模时间，满足模具的使用要求，提高模具的质量和使用寿命，大大节约成本。
高频淬火含义与原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一、含义 高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理:工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。 二、原理 利用电流的集肤效应，在零件表面形成电流进而加热工件，实现心部和表面不同的热处理状态； 其中根据电流频率的不同分为工频、中频和高频。分别针对不同的淬硬深度和工件大小。高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。 高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热
零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。 产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个趋肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.
激光加热表面淬火简介： （1）定义：利用聚集后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变形成马氏体淬硬层的热处理工改错为激光加热表 面淬火。 （2）特点：与普通热处理相比，它具有如下特点： ①加热速度极快，工件热变形极小。由于激光功率密度高，加 热速度可达1010℃/s，因而热影响区小，工件热变形小，劳动条件好。 ②其冷却速度很高，在工件有足够质量前提下，冷速可达1023℃ /s；不需冷却介质，靠热量由表向里的传导自动淬火。 ③由于激光束扫描（加热）面积很小，可十分精确地对形状复 杂的工件（如有盲孔、小孔、小槽、薄壁零件等）进行处理或局部处理，也可根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。 ④能精确控制其加工条件，操作简单，可实现在线加工，也易 于与计算机连接，便于实现自动化生产。 ⑤不需要加热介质，有利于环境保护；工件经激光淬火后表面 硬度高（比普通淬火硬度值高15%~~20%）、疲劳强度高（表面具有4000Mpa以上的残余压应力）。 ⑥节省能源，并且工件表面清洁，处理后不需修磨，可作为工 件精机械加工的最后一道工序。 其不足之处在于：只能改变工件表面性能，但不能改善心部
性能；不能用于重负荷工件，也不适用于大型工件。 （3）原理：用于热处理的激光淬火装置主要是CO2气体激光器，它所发生的激光波长为10.6μm，此波长具有很好的大气透过率，很多物质对此波长的辐射线具有一定吸收率；它具有输出功率大（20~~100kW）、效率高（可达20%~~40%）、持续工件时间长等优点。 激光加热金属主要是通过光子同金属材料表面的电子和声子的能量交换，使处理层材料温度升高，在10-7~~10-9s之内就能使作用深度内达到局部热平衡，在金属材料表面形成的这层高温“热层”继而又作为内部金属的加热热源，并以热传导方式进行传热。 激光加热表面淬火就是以高能量激光作为能源以极快速度加热工件并自冷淬火的工艺。其实质就是利用激光产生的热量对工件表面进行处理的过程，它是一种新型的热处理工艺技术。 应当注意事项的是激光加热表面淬火效果与材料表面的反射率、密度和热导率等密切相关，由于所有金属都是10.6μm波长和CO2激光的良好反射体，反射率可高达70%~80%，对于反射率高的材料，激光能量不能被充分，所以激光淬火前要对金属表面施加吸光涂层（黑化处理）以增加吸收率。常用的黑化方法，主要有磷化、氧化等，或在金属表面涂覆一层可大师吸收激光的涂料（如碳素墨汁、胶体石墨、粉状金属氧化物、黑色丙烯酸、氨基屏光漆等）。 （3）工艺参数及应用：钢铁材料进行激光淬火的主要工艺参数
淬火.退火.正火工艺 ◆表面淬火 ? 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 ? 感应加热表面淬火 感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点： 1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高 2.工件因不是整体加热，变形小 3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少 4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命 5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好 6.便于机械化和自动化 7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。 ? 感应加热的基本原理 将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。 ? 感应表面淬火后的性能 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高2～3 个单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 ? 退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 1
激光淬火技术是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。 激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm 范围之间。对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。 激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益，近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。 一：激光淬火的特点 1．淬火零件不变形、激光淬火的热循环过程快、中碳钢、大型轴类； 2．几乎不破坏表面粗糙度、采用防氧化保护薄涂层、模具钢、各种模具； 3．激光淬火不开裂、精确定量的数控淬火、冷作模具钢、模具、刃具； 4．对局部、沟、槽淬火、定位精确的数控淬火、中碳合金钢、减振器；
5．激光、淬火清洁、高效、不需要水或油等冷却介质、铸铁材料、发动机汽缸； 6．淬火硬度比常规方法高、淬火层组织细密、强韧性好、高碳合金钢、大型轧辊。 二：激光淬火工业应用实例 激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。适用材料为中、高碳钢，铸铁。 南京中科煜宸激光技术有限公司专业从事激光增材制造装备(3D打印、激光修复)、智能激光焊接装备、自动化生产线、核心器件（工艺软件、送粉器、加工头）和金属粉末材料的研发与制造，感兴趣的用户可以咨询了解一下。
关于中频表面淬火工艺的技术报告 热处理是机械制造中热加工工艺的一种。它对保证机械产品的质量，延长使用寿命，有着重大的作用。钢的热处理就是利用钢在加热、保温和冷却作用下，其内部发生组织状态（晶体结构、组织形态）、物理状态（比容、残余内应力等）和化学成分分布的变化，而使工件具有预期的工艺性能、机械性能、物理性能和化学性能，以达到便于冷热加工，提高使用寿命，充分发挥材料潜力的目的。钢的热处理基本工艺包括退火、正火、淬火、回火和化学热处理等。根据在车间实习和工作情况，我将主要负责车间中频表面淬火工序的工艺编制。所以将重点放在中频表面淬火工序上。 一、感应加热原理及分类 中频加热是感应表面加热的一种。感应表面加热是利用导体（零件）在高频磁场作用下产生的感应电流（涡流损耗）以及导体内磁场的作用（磁滞损耗）引起导体自身发热而进行加热的。根据设备的频率不同分为：①高频加热，频率为100~500千赫。淬硬层深度为0.3~3㎜，加工工件最小直径为Φ28㎜；②中频加热，一般采用8000赫兹和2500赫兹二种，淬硬层深度：8000赫兹 1.3-5.5㎜，加工工件最小直径为Φ16㎜；2500赫兹 2.4-10㎜，加工工件最小直径为Φ28㎜；③工频加热，频率为50赫兹，淬硬层深度为17-70㎜，加工工件最小直径为Φ200㎜。目前，我车间使用的设备是中频立式淬火机床，频率为8000赫兹。而多年不用的高频淬火机床在车间搬、拆迁过程中已经拆除了。 二、感应加热表面淬火工艺及选择 感应加热工艺参数包括着热处理参数和电参数。热处理参数包括加热温度、加热时间、加热速度以及淬火层深度。电参数包括设备的频率、零件单位面积功率等。 感应加热淬火工艺中几个主要问题： 1、确定零件的技术要求 表面淬火零件的技术要求包括：表面硬度、淬火层深度及淬硬区分布、淬火层组织等。 ⑴.表面硬度：感应淬火后零件的表面硬度要求与材料的化学成分和使用的条件有关。 ⑵.淬火层深度：淬火层深度主要是根据零件的机械性能确定的。 ⑶.淬硬区分布：按零件的几何形状与工作条件的不同，各种表面淬火零件的硬化区部分和尺寸有不同的要求。 ⑷.金相组织：按零件的材料及工作条件，规定各格的等级范围。按评级标准进行金相评级。 2、加热温度的选择 感应加热速度快，与一般加热相比，必须选用较高的加热速度，适宜的加热温度是与钢材的化学成分、原始组织状态及加热速度等因素有关。我车间由于设备的限制，只能采取目测加热温度的方法。 3、设备频率的选择 频率的选择主要是根据淬火层深度和零件的尺寸大小来确定。当设备给定或选定以后，设备的频率就是一个不可调的参数。我车间的设备只有立式淬火机床一台，故工艺选择中不再考虑设备频率。 4、感应加热方法及工艺操作 感应加热方法基本分为两种： ⑴.同时加热法，这种加热法是被加热的表面同时共热升温，零件需要加热的整个部分都被感应器包围着。在大批量生产时，为充分发挥设备潜力，提高生产效率，只要设备输出功率足够的条件下，尽可能采用同时加热。 ⑵.连续加热法，零件表面的加热和冷却时连续不断进行的。连续加热生产率较低，但加
本设备是集光、机、电以及制冷和材料加工技术一体的大型集成设备，能对轴类、平面类、缸齿轮类、以及空间工模具类等产品进行激光淬火、激光熔覆、激光表面合金化加工，从而达到改善表面性能、提高工件的使用寿命、恢复工件的外型尺寸以重复使用等目的。 主要特点： 模块化设计，高度集成，具有良好的系统性能及很高的使用寿命；功能齐全，使用方便；激光加工精度高，效率稳定可靠；抗干扰能力强，动态响应速度快；造型美观，操作及维护简便。 激光热处理是一种表面热处理技术。即利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。 激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。由 于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，结果使得工件被激光照射区迅 速升温到奥氏体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因为快速加热时工件基体大 体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实 现淬火等热处理效果。激光淬火效果：激光淬火层的硬度分布曲线激光淬火层的硬度 分布激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩 擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。适用材料为中、高碳钢，铸铁。激光淬火的应 用实例：激光淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用寿 命提高2~3倍。 ] 概念定义：利用激光进行加热的热处理工艺称作激光热处理,它是一种高能量密度表面热处理,具有超高 加热速度,其淬火硬化层的性质和状态与普通淬火有着显著的区别。 研究范围：激光热处理的研究分为不熔化表面热处理和熔化表面热处理两大类。不熔化表面热处理主 要包括激光表面相变硬化、激光冲击热处理和激光表面退火等;熔化表面热处理主要包括激光表面熔凝、激 光表面合金化和激光非晶态等。 (一) 发展过程 70年代初～80年代初 需求动力：70年代大功率CO2激光器的出现,推动了激光热处理的发展。 主要特点：该阶段的主要特点是:1.广泛开展激光表面相变硬化(即激光淬火)的研究和应用;2.开展激 光表面合金化的探索研究;3.受激光器功率的影响,激光热处理工艺的应用受到一定局限,未能迅速发展。 典型成果和产品：典型成果：激光热处理设备、激光表面相变硬化工艺的应用 80年代初～至今 需求动力：随着激光技术的发展,激光器功率的提高,激光热处理的优点日趋明显,从而推动激光热处 理的迅速发展。激光热处理作为一种很好的节能型热处理工艺也是其迅速发展的动力之一。 主要特点：该阶段的主要特点:1.激光热处理设备已商业化,正朝小型化、自动化和柔性化方向发展; 2.激光表面相变硬化处理工艺日趋成熟,广泛用于汽车、航空航天、武器等工业部门; 3.激光表面合金化工 艺因具有极大的经济效益,倍受各国的重视,研究工作进展较大,但仍处于基础工艺试验、组织分析和性能试 验的实验室研究阶段,尚未进入工业应用;4.开展了激光涂覆处理、激光表面熔凝、激光脉冲冲击强化处理 和激光渗氮处理等工艺的研究。 典型成果和产品：典型成果：激光表面相变硬化处理广泛用于军用部门和民用部门。 (二) 现有水平及发展趋势 激光热处理是70年代初首先在美国发展起来的金属表面强化新工艺。激光热处理具有加热和冷却速 度快、工件变形小、可进行局部热处理、工艺灵活性大、污染小和易实现自动化等优点。目前,国外应用较
表面淬火和化学热处理 表面热处理和化学热处理都是改变钢件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。表面淬火 表面淬火是通过快速加热，使钢的表层很快达到淬火温度，在热量来不及传到钢件心部时就立即淬火，从而使表层获得马氏体组织，而心部仍保持原始组织。表面淬火的目的是使钢件表层获得高硬度和高耐磨性，而心部仍保持原有的良好韧性，常用于机床主轴、发动机曲轴、齿轮等。 表面淬火所采用的快速加热方法有多种，如电感应、火焰、电接触、激光等，目前应用最广泛的是电感应加热法。 感应加热表面淬火法就是在一个感应线圈中通以一定的交流电（有高频、中频、工频三种），使感应线圈周围产生频率相同、方向相反的感应电流，这个电流称为涡流。由于集肤效应，涡流主要集中在钢件表层。由涡流所产生的电阻热是钢件表层被迅速加热到淬火温度，随即向钢件喷水，将钢件表面淬硬。 感应电流的频率愈高，集肤效应愈强烈，故高频感应加热用途最广。高频感应加热常用的频率为200~300 kHz，此频率加热速度极快，通常只有几秒钟，淬硬层深度一般为0.5~2mm，主要用于要求淬硬层较薄的中、小型零件。 感应加热表面淬火质量好，加热温度和淬硬层深度交易控制，易于实现机械化和自动化生产，缺点是设备昂贵，需要专门的感应线圈。因此，主要用于成批或大量生产的轴、齿轮等零件。化学热处理 化学热处理是将钢件置于合适的化学介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入钢件表层，以改变钢件表层的化学成分和组织，从而获得所需的力学性能或理化性能。化学热处理的种类很多，依照渗入元素的不同，有渗碳，渗氮，碳氮共渗等，以适应不同的场合，其中以渗碳应用最广。 渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热、保温，使分解出来的活性碳原子渗入钢的表层。渗碳是采用密闭的渗碳炉，并向炉内通以渗碳剂（如煤油），加热到900~950℃，经较长的时间保温，使钢件表层增碳。渗碳件通常采用低碳钢或低碳合金钢，渗碳后渗层深一般为0.5~2mm，表层含碳量wc将增至1%左右，经淬火和低温回火后，表层硬度达到56~64HRC，因而耐磨；而心部因仍是低碳钢，故保持其良好的塑性和韧性。渗碳主要用于即承受强烈摩擦，又承受冲击或循环应力的钢件，如汽车变速箱齿轮，活塞销、凸轮、自行车和缝纫机的零件等。
激光光散射技术及其应用 Laser Light Scattering System Technology and Application BROOKHA VEN INSTRUMENTS CORPORATION (BEIJING OFFICE) 地址：北京市海淀区牡丹园北里甲1号中鑫嘉园东座A105室美国布鲁克海文公司公司北京技术服务中心 邮编：100083 电话：8610-62081909 传真：8610-6208189
激光光散射技术和应用 近年来，光电子和计算机技术的飞速发展使得激光光散射已经成为高分子体系和胶体科学研究中的一种常规的测试手段。现代的激光光散射包括静态和动态两个部分。在静态光散射中，通过测定平均散射光强的角度和浓度的依赖性，可以得到高聚物的重均分子量M w，均方根回旋半径R g和第二维利系数A2；在动态光散射中，利用快速数字相关器记录散射光强随时间的涨落，即时间相关函数，可得到散射光的特性弛豫时间τ，进而求得平动扩散系数D和与之对应的流体力学半径R h。在使用过程中，静态和动态光散射有机地结合可被用来研究高分子以及胶体粒子在溶液中的许多涉及到质量和流体力学体积变化的 过程，如聚集和分散、结晶和溶解、吸附和解吸、高分子链的伸展和卷缩以及蛋白质长链的折叠，并可得到许多独特的分子量参数。 一、光散射发展简史： Tynadall effect（1820-1893） 1869年，Tyndall研究了自然光通过溶胶颗粒时的散射，注意到散射光呈淡淡的蓝 色，并且发现如果入射光是偏振的，这散射光也是偏振的。Tyndall由此提出了19 世纪气象学的两大谜题：为什么天空是蓝色的？为什么来自天空的散射光是相当偏 振的？ James Clerk Maxwell (1833-1879) 解释了光是一种电磁波，并正确地计算出光的速度。 Lord Rayleigh(1842-1919) 1881年，Rayleigh应用Maxwell的电磁场理论推导出，在无吸收、无相互作用条件下，光学各向同性的小粒子的散射光强与波长的四次方成反比。并解释了蓝天是太阳光穿透大气层所产生的散射现象。 Abert Einstein(1879-1955) 研究了液体的光散射现象。 Chandrasekhara V.Raman (1888-1970) 1928年，印度籍科学家Raman提出了Raman 效应（也称拉曼散射），即光波在被散射后频率发生变化的现象。 Peter Debye（1884-1966） 延续了 Einstein的理论，描述了分子溶解于溶剂中所产生的光散射现象，提出用Debye plot 。1944 年，Debye利用散射光强测得稀溶液中高分子的重均分子量。 Peter Debye Lord Rayleigh Tyndall effect
45钢高频淬火性能研究 学号： 姓名：
45钢高频淬火性能研究 45钢经过调质处理后，有良好的综合性能，广泛应用于各种重要零件，如连杆，齿轮，轴类，不同的热处理工艺得到不同的工艺性能。 本文研究了感应加热表面淬火对于45钢组织性能的影响，采用感应加热表面淬火技术对45钢进行表面强化，对所获得试件的淬硬层进行显微硬度测试。利用金相显微镜对试件淬硬层的组织、厚度进行研究分析。同时与正火并调质件进行硬度、金相组织等方面的比较。结果表明经过高频感应加热淬火后45钢的表面性能明显改善，表面为淬火马氏体，而心部仍为正火组织，使得试件既耐磨又有很强的韧性，所得的工艺参数将被作为生产实践的参考依据。 关键词： 45钢高频感应淬火金相硬度
目录 第一章前言.............................................. 错误！未定义书签。（一）感应加热淬火工艺概述.. (1) （二）感应加热淬火技术特点 (2) （三）高频感应淬火技术的应用.......................... -错误！未定义书签。（四）感应加热淬火技术的发展............................ 错误！未定义书签。（五）感应淬火常见问题及原因............................ 错误！未定义书签。（六）45钢齿轮热处理................................... 错误！未定义书签。第2章工艺方案制定与实验过程............................ 错误！未定义书签。（一）工艺设定.......................................... 错误！未定义书签。（二）实验过程.......................................... 错误！未定义书签。 （1）实验目的......................................... 错误！未定义书签。 （2）实验材料......................................... 错误！未定义书签。 第3章实验结果及分析.................................... 错误！未定义书签。（一)硬度分析.. (12) （二）结论.............................................. 错误！未定义书签。 致谢 (12) 参考文献.................................................. 错误！未定义书签。
某传动设备有限公司齿轮齿根激光淬火 技术方案 齿轮齿根激光淬火技术方案 一、待处理工件情况 某传动设备有限公司是一家研发、生产及维修机械及传动装置的公司，其公司现有两个内齿轮经过感应加热淬火处理，但齿根部分淬火程度不够，强度不够，需进行二次激光淬火进行性能强化，齿轮如下图所示：
二、淬火要求 1、对齿轮的齿根进行淬火，淬火不影响齿根以外的其它部位； 2、淬火深度在1mm左右； 三、激光淬火可行性分析 1、采用激光熔覆手段修复工艺可行性分析： 1）激光淬火能量密度集中，淬火深度大，总热输入量小，淬火后基本不会造成待修复件基体变形； 2）激光淬火相比传统方式，同样可以获得性能优良的淬火结果，下图是我司激光淬火处理后45钢轴类件的金相图片和硬度。未淬火的基材组织主要是有珠光体+铁素体，硬度较低，而淬火后的组织主要有马氏体和参与奥氏体组成，硬度有了很大提高。 从表1可以看出未淬火的45钢硬度为HV250左右，而经过激光淬火后，硬度提高到HV760左右。足以说明激光淬火的有效性。 图3-未淬火基材的金相组织图4-淬火后的金相组织 表1 45钢试样测试的硬度值
3 ） 我司拥有随行打磨机器人进行自动打磨，并与多家大型机加企业有长期合作关系， 可以满足该件的表面机加处理。 2、 我公司技术条件 1） 我公司团队在铁基、钴基、镍基等材料的激光熔覆中大量技术积累，并拥有多种成 熟的激光熔覆工艺，以及进行金属材料激光淬火的技术条件； 2） 我公司从低功率1KW 到高功率10KW 激光器熔覆系统共四套可以满足不同零件尺寸 的修复需求；成套的现场修复系统包括：激光器、高精度6轴工业机器人、送粉器、水冷机、控制软件系统、其它配件备件。经初步研究评估采用4KW 熔覆设备可以满足修复。
激光表面表面处理技术及进展 摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。 关键字：激光；表面处理；进展 0 前言 激光的出现时近代物理学的一个重大进展。第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。 激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。 1 激光表面处理技术的特点[3] 1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂 形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。 2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成 化学污染。 3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著 4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。 5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。 6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。 7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。 2 激光表面相变应化(LTH) 不论激光束是如户J产生的，激光束仅是一加热金属的热源，金属经激光热处理后，一般不出现异常的治全变化。相变硬化是一种儿乎无尺寸变化而能达到冶金相变的加工技术。利用激光束可以选择小面积加热和对需要部位硬化。实现激光相变硬化有三个基本条件仁:第一，金属硬化
金属表面热处理渗碳工艺的对比 一、热处理发展历史 在实用生产技术发展上值得回顾的有：①1890年英国首次公布了制备不可燃气氛发生炉的专利，该气氛用于金属的光亮热处理，德国的A．富利1921年申请了在井式炉中通氨渗氮的专利。②P．P．阿诺索夫在1837年就倡导用气体渗碳法，而经过100年后（1935年）前苏联的利哈乔夫汽车厂才有了第一台用煤油裂解气的罐式连续渗碳炉；直到20世纪50年代才逐步取代了固体渗碳和用氰盐的液体渗碳。③前苏联的G．V．沃罗格金在20世纪40年代逐步把感应加热技术应用到炼钢、锻造加热和表面淬火热处理等领域。④20世纪40年代末出现了用LiCl露点仪的碳势可控渗碳。⑤离子渗氮于20世纪30年代在德国就有了专利，而KlÊ；ckner公司是在20世纪50年代末才开发出商品设备，并推向工业应用。⑥20世纪60年代初瑞士的H．魏斯发明了在井式炉中的CARBOMAAG滴注可控渗碳法。⑦20世纪60年代中期，用吸热式气（载气）、甲烷或丙烷（作富化气）并用CO2红外仪测控炉气碳势的可控渗碳在汽车工业中得到推广。与此同时第一代的冷壁式真空加热油中淬火炉和真空渗碳炉问世。⑧20世纪50年代开发，60年代推广的被称作Tenifer或Tufftride商品名称的盐浴氮碳共渗，使渗氮周期由数十小时缩短到1h～2h，可明显提高传动件的抗疲劳、耐磨性和抗咬合能力；由于处理温度低（＜580℃），工件畸变小，其缺点是所用氰盐剧毒、废盐废水需妥善处理。⑨为避免使用剧毒的氰盐，20世纪60年代后期开发出了NH3＋吸热式气（Nikotrier）和NH3＋CO2（Nitroc）在570℃的井式或箱式炉中施行的气体氮碳共渗法，随后在汽车曲轴、低载齿轮等零件上获得广泛应用。⑩20世纪50年代高分子聚合物溶液开始用做淬火剂。最早使用的此类聚合物是聚乙烯醇（PVA），以0.1%～0.3%的浓度用做感应加热件的喷冷淬火，其冷却能力介于水油之间，不易燃、无污染。20世纪60年代美国联碳公司推出UCON（PAG）系列合成淬火剂，可代替油用于铁和非铁合金的淬火及固溶处理的冷却。随后又有一系列其它类别的合成淬火剂商品问世。⑾高、中、工频以及超音频和超高频、超高频脉冲感应加热表面热处理工艺广泛应用。各种静态固体电路高频、大功率电源相继问世，全自动程控多工位淬火机床和自动装卸料机械手或机器人获得工业应用。?⑿20世纪80年代氧探头逐步代替红外仪用于炉气碳势控制的传感器和计算机仿真自适应控制、无损检测技术、机器人装卸结合，使大批量生产的汽车零件的渗碳、淬火、清洗、回火、质检全过程实现自动化和无人作业。?⒀20世纪90年代，欧洲IpsenInternational、ALD和ECM等公司相继推出低压渗碳、低压离子渗碳和高压气淬的周期炉和半连续生产线，为提高效率、改善质量、减少畸变和保护环境作出了贡献，为汽车工业热处理未来提供了前景。近20年来，热处理新技术的大量涌现，为机器制造业的发展、机械产品质量的提高、热处理企业的技术改造积累了大量的技术储备，为热处理生产技术的进步提供了广阔前景。 二、氨气的作用：提高淬透性 渗碳淬火后的齿轮零件正常的组织应该是马氏体与残余奥氏体，但在实际生产中经常发现在渗碳淬火件的表层出现连续、断续的黑色组织或沿晶界分布的黑色氧化物。普遍的理论认为是由于内氧化使合金元素贫化、淬透性下降导致形成屈氏体类组织，这类组织就被称为非马氏体组织。非马氏体组织深度如果超标严重，反映在力学性能上就是出现零件表面硬度低头的现象，影响硬度梯度。在实际使用中会降低齿轮的耐磨性和疲劳寿命，危害比较严重。尽可能选择含Cr、Mo、V、Mn和Ni等高淬透性的低碳合金钢作为齿轮原材料。对渗碳后的零件采取剧烈的冷却方式(比如强力搅拌)可以有效地减少非马氏体组织，但前提是不能使零件
材料：45钢 工艺情况：高频感应加热淬火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明： 图1：表面淬硬层组织：粗大针状马氏体。 由于感应加热功率高，致使表面温度偏高，约900℃以上，因而使晶粒快速增大，在随后的急冷中得到极粗大的针状马氏体。按标准评定相当于1级，属过热组织。中碳钢的含碳在0.4%～0.5%之间，当感应加热奥氏体化后，淬火急冷中得到马氏体针呈瘦长排列的特征，它不同于高碳钢淬火后的马氏体来得肥大。 图2：表面基体呈较粗针状马氏体组织。按JB/T9204-1999《钢件感应淬火金相检验》标准评定相当于3级，属过热组织。 瘦长的针状马氏体比图1的略为短小，晶粒亦较细一些，但仍属加热偏高的组织，必须调整加热参数使工件表面奥氏体化温度下降，才能得到较细的马氏体组织。 图3：表面基体呈中等针状马氏体组织，按JB/T9204-1999《钢件感应淬火金相检验》标准评定相当于4级，属正常组织。 马氏体针状较短，说明表面奥氏体化瞬时加热温度适中，这样在淬火后才能得到正常的马氏体组织。 图4：呈较细针状马氏体，按JB/T9204-1999《钢件感应淬火金相检验》标准评定相当于5～6级/属合格的正常组织。硬度可达55.0HRC。马氏体较短，针状不甚明显，属加热温度恰到好处。估计其表面感应加热的温度近850～860℃，才能得到这样细的马氏体组织，这也是接近极限温度，若再低就会出现托氏体欠热组织。 图5：表面组织为马氏体及黑色托氏体和微量铁素体的混合组织，按 JB/T9204-1999《钢件感应淬火金相检验》标准评定相当于8～9级，属欠热组织。硬度为48.0HRC。 图中灰白色基体为马氏体组织，很细，故而针状不明显。黑色团状区为托氏体组织。这是由于奥氏体化温度不足，在冷却时低于临界冷却速度故而形成奥氏体的分解产物—托氏体组织。并在托氏体中有少量白色小颗粒，是未溶解的铁素体组织。托氏体和铁素体组织均为降低基体硬度的组织，属不完全淬火，对高频淬火来讲，属不合格组织。 图6：表面组织为马氏体及托氏体和较多的铁素体混合组织。按 JB/T9204-1999《钢件感应淬火金相检验》标准评定相当于9～10级，属欠热组织。硬度为45.0HRC。 图中灰白色为马氏体组织，很细，分不清针状，这是由于加热温度偏低的原因。黑色为托氏体，托氏体中间夹有白色条块状铁素体是属于未溶解的组织。这是由于表面加热温度偏低即低于相变温度，致使奥氏体化温度不够，故得到不均匀的混合组织。
激光表面淬火的应用领域 激光表面淬火技术原理 激光淬火，也称激光热处理、激光硬化，即利用聚焦后的激光束快速加热金属材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的一种高新技术，分为激光相变硬化、激光熔凝硬化和激光冲击硬化三种工艺方法。 技术特点 1.激光淬火马氏体晶粒更细、位错密度更高，硬度更高，耐磨性更好。 2.变形极小，甚至无变形，适合于高精度零件处理，部分场合可作为材科和零件的最后处理工序。 3.无需回火，淬火表面得到压应力，不易产生裂纹。 4.如工柔牲好，适用面广，可方便地处理大尺寸工件和沟、槽、深孔、内孔、盲孔等局部区域。 5可根据需要调整硬化层深浅。 6.硬度梯度非常小，硬度基本不随激光硬化层深变化而变化。 7.适合的材料广泛，包括各种中高碳钢、工具钢、模具钢以及铸铁材料等。 8.加工过程自动化控制，工期短，质量稳定。 9.低碳环保，无需冷却介质，无废气废水排放。 技术参数 适合材质：各类中高碳钢、铸铁 淬火硬度：一般可比感应淬火高1-5HRC 淬火深度：0.1-1.2mm 应用领域 激光淬火技术解决了许多常规热处理工艺无法解决的难题，已大量应用于冶金、汽车、模具、五金、轻工、机械制造等行业。适合各类型零件的热处理： 1.难以进入热处理炉的大型工件。 2.仅需对沟、槽、孔、边、刃口等局部表面进行热处理的工件。 3.常规热处理工艺难以处理到的部位。 4.对热处理变形量要求高的精密零件。 5.铸铁工件表面的热处理。 6.常规热处理工艺易产生裂纹的零件。 7.常规热处理工艺达不到硬度要求的零件。 模具钢激光淬火技术及应用 模具钢激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。模具钢激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比，激光淬火淬硬层均匀，硬度高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹
一、概述 激光淬火技术及应用激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比，激光淬火淬硬层均匀，硬度高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹容易控制，易于实现自动化，不需要象感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应线圈，对大型零件的加工也无须受到渗碳淬火等化学热处理时炉膛尺寸的限制，因此在很多工业领域中正逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。尤其重要的是激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm范围之间。对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。激光熔凝淬火技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上,由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程。获得的熔凝淬火组织非常致密，沿深度方向的组织依次为熔化-凝固层、相变硬化层、热影响区和基材。激光熔凝层比激光淬火层的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。该技术的不足之处在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破坏，一般需要后续机械加工才能恢复。为了降低激光熔凝处理后零件表面的粗糙度，减少后续加工量，华中科技大学配制了专门的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝层的表面粗糙度。现在进行激光熔凝处理的冶金行业各种材料的轧辊、导卫等工件，其表面粗糙度已经接近激光淬火的水平。激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用 二、激光淬火的特点 质量优势技术特质适用材料实际应用 1．淬火零件不变形激光淬火的热循环过程快中碳钢大型轴类 2．几乎不破坏表面粗糙度采用防氧化保护薄涂层模具钢各种模具3．激光淬火不开裂精确定量的数控淬火冷作模具钢模具、刃具 4．对局部、沟、槽淬火定位精确的数控淬火中碳合金钢减振器 5．激光淬火清洁、高效不需冷却介质铸铁材料发动机汽缸6．淬火硬度比常规方法高淬火层组织细密、强韧性好高碳合金钢大型轧辊 三、组成部分 ● 激光器
我所关注的表面工程领域——表面淬火技术 一、表面淬火技术的原理和分类 采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3（对亚共析钢）或者Ac1（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程，就称为表面淬火技术。实际上，不仅仅是钢铁，凡是能通过整体强化的金属材料，原则上都可以进行表面淬火。需要注意的是，表面淬火只对工件的表面或部分表面进行热处理，所以只改变表层的组织，使其表面硬度、耐磨性和疲劳强度均高。而心部或其它部分的组织仍保留原来的低硬度、高塑性和高韧性的性能，这样工件截面上由于组织不同性能也就不同。表面淬火便于实现机械化、自动化，质量稳定，变形小，热处理周期短，费用少，成本低，还可用碳钢代替一些合金钢。 对于表面淬火的使用材料，原则上，碳的质量分数在0.35%--1.20%的中、高碳钢及基体相当于中碳钢的普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁均可以实现表面淬火，但中碳钢与球墨铸铁是最适宜于表面淬火的材料。 根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。工业上应用最多的为感应加热、火焰加热、激光加热表面淬火。这里我主要介绍了感应加热、激光加热表面淬火技术，以及感应加热表面淬火国内外的发展现状及趋势。 二、感应加热表面淬火 感应加热表面淬火法是采用一定方法使工件表面产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后迅速淬火冷却的一种热处理操作方法。生产中把工件放入由空心铜管绕成的感应线圈中，当感应线圈通以交流电时，便会在工件内部感应产生频率相同、方向相反的感应电流。感应电流在工件内自成回路，故称为“涡流”。涡流在工件截面上的分布是不均匀的，表面电流密度最大，心部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。由于钢本身具有电阻，因而集中于工件表面的涡流，几秒种可使工件表面温度升至800～1000℃，而心部温度仍接近室温，在随即喷水（合金钢浸油）快速冷却后，就达到了表面淬火的目的。 根据输出加热电流频率的不同可将感应加热表面淬火分为高频感应加热淬
嘉兴市科技计划项目 激光表面淬火关键技术与装备研发 项目可行性报告 嘉兴学院机电工程学院 嘉兴市浙江数控焊机有限公司 2009年3月
一、立项的背景和意义 自20世纪60 年代激光问世以来，激光技术作为一门举世瞩目的高新技术，几乎在各行业都获得了重要的应用。近年来，激光表面处理技术不仅在研究和开发方面迅速发展，而且在工业应用方面也取得了长足的进步，成为表面工程一个十分活跃的新兴领域。激光表面处理既可以通过激光淬火、表面熔凝改变基体表层材料的微观结构，也可以通过激光熔覆、气相沉淀和合金化等处理方法同时改变基体表层的化学成份和微观结构。激光表面淬火比其它激光加工所需的功率密度小的多, 因此在利用激光技术进行材料加工中，激光表面淬火应用最多，它能显著提高金属表面的硬度及耐腐性。然而目前激光表面淬火技术的应用还不如传统热处理技术那样广泛和成熟，但由于其具有的独特优越性，正日益受到人们的重视。已经在机械制造、交通运输、石油、矿山、纺织、冶金、航空航天等许多领域得到应用和发展。 激光表面淬火是利用激光在要热处理的部分扫描，使被扫描区域快速升温，而未被扫描区域保持常温。激光表面淬火的原理和普通热处理是相同的，只不过激光作为热源加热金属的时间很短，处理区域也很小。激光对金属进行热处理时，金属表面温度和热穿透深度都和激光照射时间的平方成比例。所以适当地调节激光光斑尺寸、扫描速度和激光功率，就可以对金属表面温度和热穿透深度进行控制。采用激光表面淬火的工件的变形量极小（变形量为高频淬火的1/3～1/10），表面光洁度好，无氧化皮产生。因此，可以减少后道工序（矫正或磨制）的工作量，降低工件的制造成本。激光表面淬火后可获得极细的马氏体晶粒，硬度要比常规淬火后的硬度提高15%-20%，硬化层深度可达2mm，而工件心部仍保持原始组织。所以经激光表面淬火处理的工件表面层硬度高，耐磨性好，心部硬度低，韧性好，疲劳强度一般可提高30%～50%。由于金属散热快，激光束扫描后，扫描区域可自行迅速冷却淬火，无需淬火液，是一种清洁卫生的热处理方法而且便于用同一激光加工系统实现同时加工。因此可直接将激光表面淬火工序安排在生产线上，以实现自动化生产。又由于激光表面淬火处理是不接触加热, 所以工件表面不会发生表面沾污。此外, 因为采用特制的透镜聚焦, 激光的焦深很长, 所以工件在激光焦点上下各50～75mm范围内所吸 收的光能是基本相同的, 这对于处理表面凸凹不平的工件是非常有利的。 虽然，目前激光热处理在热处理行业的总产值中所占份额还不大，但是应用前景光明。许多研究成果和应用实例[1-3]，都说明采用激光表面热处理技术可以解决某些其它热处理方法难以实现的技术目标。例如细长钢管内壁表面硬化，成型精密刃具刃部超高硬化，模具合缝线强化，缸体和缸套内壁表而硬化等等。采用激光表面热处理的经济效益显著优于传统热处理，例如汽车转向器壳体的激光相变硬化和锯齿激光相变硬化等。因此，激光表面热处理的研究、开发和应用都处于上升阶段。 激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调要振兴制造业，这就给激光加工技术应用带来发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时，又