模具钢激光淬火技术

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。

浅析激光淬火技术在汽车模具中的应用■尧军，陈平摘要：介绍了激光淬火的工作原理及构造特点，研究了激光淬火技术在汽车模具拉延模以及切边、翻边镶件中的应用情况，以火焰淬火和激光淬火技术作对比研究和实践，进而深入分析了激光淬火技术对模具制造工艺的优化以及对模具表面质量的影响。

关键词：激光淬火；拉延模淬火；镶件淬火；工艺优化；表面质量激光淬火淬硬层均匀，硬度高，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，不需要像感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应器，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。

经过近几年的技术研究，目前，我公司已掌握激光淬火关键技术，并应用于汽车覆盖件模具的表面处理。

1.激光淬火的工作原理激光淬火主要原理是金属材料中自由电子吸收激光光子能量，温度升高到共析点以上、熔点以下，发生固态相变反应，通过基体传热实现自冷淬火，在零部件表面有限深度内发生的固态相变的过程。

图1为我公司激光3D双工位淬火设备，主要由大功率激光器、六轴机器手、激光传输和聚焦系统、光学加工头以及控制系统等组成。

光源采用行业先进激光器，经光束耦合器耦合后采用柔性光纤传输，光束波长在970~1070n m之间，光束质量约为4.3m m·m r a d，设备输出功率在2000~6000W，输出光斑直径为0.2~4mm，光束宽度约为20m m。

光学系统由准直、聚焦、光束整形等元件及监控系统组成；机床由六轴机器人和辅助机构（线性导轨）构成，轨道行程为4m，机械手运动直径约8m。

可采用离线编程系统、示教编程和专家编程等方法完成复杂形状零件的三维轨迹规划、编程以及运动程序的生成。

2.激光淬火应用于模具淬火（1）拉延模具淬火根据拉延模具成形的特点，与板料接触的凸R位置和板料流动较大的面需要有高的耐磨性，即高硬度。

如图2所示，拉延模型面上的凸R一般都需要进行淬火处理。

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● 激光器目前，用于激光淬火的设备主要是横流CO2激光器，该激光器的工作气体沿着与光轴垂直的方向快速流过放电区以维持腔内有较低的气体温度，从而保证高功率输出，光束模式为多模输出。

h13模具钢热处理工艺H13模具钢热处理工艺引言：H13模具钢是一种广泛应用于模具制造领域的工具钢。

热处理是模具制造过程中至关重要的一环，它能够显著提高H13模具钢的硬度、强度和耐磨性，从而提升模具的使用寿命和性能。

本文将介绍H13模具钢的热处理工艺，包括淬火、回火和表面处理等关键步骤。

一、淬火工艺淬火是H13模具钢热处理的关键步骤之一，它通过快速冷却来使钢材达到高硬度和高强度。

一般来说，H13模具钢的淬火工艺包括加热、保温、冷却三个阶段。

1. 加热阶段：将H13模具钢加热至适宜的温度，一般为980℃-1050℃。

加热温度的选择应根据具体的模具形状和要求来确定。

2. 保温阶段：将加热至适宜温度的H13模具钢保温一段时间，以保证钢材内部温度均匀。

3. 冷却阶段：在保温结束后，将H13模具钢迅速冷却至室温。

常用的冷却介质有水、油和气体。

选择合适的冷却介质可以控制H13模具钢的硬度和韧性。

二、回火工艺回火是淬火后的必要步骤，它能够消除淬火时产生的内部应力，并调整H13模具钢的硬度和韧性。

回火一般包括加热、保温和冷却三个阶段。

1. 加热阶段：将淬火后的H13模具钢加热至适宜的温度，一般为500℃-600℃。

加热温度的选择应根据具体的模具要求来确定。

2. 保温阶段：将加热至适宜温度的H13模具钢保温一段时间，以保证钢材内部温度均匀。

3. 冷却阶段：在保温结束后，将H13模具钢冷却至室温。

冷却速度一般较慢，以避免产生新的内部应力。

三、表面处理工艺H13模具钢的表面处理能够进一步提高模具的耐磨性和抗腐蚀性。

常用的表面处理方法有氮化、镀层和渗碳等。

1. 氮化：通过在H13模具钢表面注氮，形成氮化层来提高硬度和耐磨性。

氮化处理一般在高温下进行，可提高表面硬度至1200-1500HV。

2. 镀层：常用的镀层方法有电镀、热浸镀和喷涂等。

镀层能够增加模具的抗腐蚀性和耐磨性，延长模具使用寿命。

3. 渗碳：通过在H13模具钢表面渗入碳元素，形成碳化层来提高硬度和耐磨性。

激光表面淬火技术原理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。

激光表面修复技术原理通过在基材表面添加不同成分、性能的熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的具有特殊物理、化学或力学性能的添料熔覆层。

技术特点1. 激光熔覆层与基体为致密冶金结合，结合强度高，不脱落。

2. 加工过程热影响区和热变形小，不改变基材内部金属性能。

3. 可实现工件表面性能的定制，熔覆耐磨损、耐腐蚀、耐高温等特殊功能层。

浅谈激光淬火技术及其应用激光淬火技术是近年来迅速发展起来的一项高新技术，激光淬火又称激光相变硬化，是指铁基合金在固态下经受激光照射，使表层以极快的速度（升温速度可达105-106℃/s）被迅速加热至奥氏体化状态（但低于熔化温度），当激光停止照射后，处于冷态的基体使其表面迅速冷却（冷却速度可达105℃/s）而进行自冷淬火，从而使激光加热形成高温奥氏体转变成马氏体，实现激光相变硬化。

激光淬火由于加热速度快，易使金属表面过热，并且冷却速度也快，碳来不及扩散因而使残留奥氏体增加。

随着奥氏体向马氏体的转变，得到高碳马氏体，从而提高了淬火硬度。

传统的热处理淬火工艺，在加温、冷却和零件清洗过程中会产生废渣和废液。

如盐浴加热中使用的氯化钡、氯化钠、硝酸钾及冷却介质的水、油、熔盐及熔碱等，产生对环境污染的危险物质，并造成对从业者的危害，激光淬火完全避免了这些情况的发生。

此外，由于激光淬火升温快、冷却快，避免了传统热处理工艺容易造成工件变形、开裂和尺寸超差的弊病。

对要求变形量小的复杂结构零件，尤其是盲孔、深槽、尖角、微小区域及刀具刃部，处理后可直接使用。

激光淬火常用于模具、齿轮及轴类等的表面强化，相对于传统工艺，表面硬度可提高5%-10%，耐磨性能可提高2-5倍。

宁波中物激光与光电研究所天弘激光加工中心在激光淬火技术方面已经有了很好的应用，已广泛涉及汽车制造、模具、冶金、石化、机械、电力、交通等行业。

包括汽车冲压模具激光淬火、大型机械辊轴的激光表面淬火、石化行业滑套激光淬火、管道螺纹部位激光淬火、大型内齿圈激光淬火、大型双联齿轮激光淬火、减震器内槽激光淬火、发动机缸孔激光淬火等。

汽车模具激光淬火大型铸钢轧辊激光淬火以模具为例，对各种重型汽车拉深、翻边、修边等模具进行激光表面淬火，使其抗磨损性能及损伤阀值得到较大提高，硬度比淬火前提高约2.5倍，并得到0.2～0.4mm的淬火层深，从而提高了工件的耐磨性能3～5倍，大幅延长模具的使用寿命，减少模具的消耗。

SKD11热处理后硬度：HRC58-60
SKD11是-种高碳高铬合金工具钢，热处理后具有很高的硬度磨性，并具有淬透性强，尺寸稳定性好的特点，适宜制做高精度长寿命冷作模具及热固成型塑料模具。

SKD11特性:
具有良好的韧性与抗高温疲劳性能能承受温度聚变，适宜在高温下长期工作具有良好的切削性能和抛光性能
SKD11用途：
厚度不大于6mm薄板材，高效落料模。

冲载模及压印模各种剪刀、镶嵌刀片、木工刀片螺纹轧制模和耐磨滑块冷镦模具，热固树脂成型模，高级量规等深拉成型、冷挤压模具。

SKD11使用方法（仅供参考)
1.“淬火+回火”状态下使用
2.“淬火+冷处理+回火”状态下使用（适于高精度与尺寸稳定要求）
3.“淬火+回火+氮化处理”状态下使用（适于表面高硬度要求）
4.深冷处理为获得最高硬度和提高尺寸稳定性，模具在淬火后立即深冷-70至-80℃，保持3-4小时，然后再回火处理，经深冷处理的工具或模具硬度比常规热处理硬度高1-3HRC。

形状复杂和尺寸变化较大的零件，深冷处理能降低内应力、从而减少开裂的危险。

5.氮化处理模具或工件氮化处理后，表面形成一层具有很高硬度和一定耐蚀性的硬化组织。

6.在525℃氮化的处理，工件表面硬度约为1250HV，氮化时间对渗层影响如下表所示。

氮化时间（小时）203060渗氮层深度mm0.250.300.35
7.在570℃软氮化处理，工件表层硬度约为950HV。

通常软氮化处理2小时，硬化层深度可达到10-20um.磨削加工模坯或工作在低温回火状态，磨削容易产生磨削开裂。

为防止裂纹发生应采取小的磨削进给量多次磨削，同时辅加良好的水冷条件。

多功能激光淬火技术
多功能激光淬火技术是一种利用激光器对材料进行淬火处理的技术。

激光淬火是一种快速加热和快速冷却的热处理方法，通过高功率激光束对工件表面进行瞬间加热，然后迅速冷却，以改变材料的性能和结构。

多功能激光淬火技术具有以下特点和优势：
1. 灵活性：激光淬火可以针对不同材料和不同形状的工件进行精确控制，适应性强。

2. 高硬化深度：激光淬火可以实现较高的硬化深度，提高工件的表面硬度和耐磨性。

3. 短时间处理：激光淬火处理时间短，一般在几十微秒至几毫秒之间，可以大幅度提高生产效率。

4. 小热影响区域：激光束的直径小，热影响区域小，可以减少对工件其他部分的热影响，提高工件的整体性能。

5. 可控性强：激光淬火可以根据需要对激光功率、扫描速度等参数进行调整，实现定制化的热处理过程，有利于控制工件的性能和质量。

6. 适用范围广：激光淬火适用于各种金属材料，包括钢、铝合金、镁合金等。

多功能激光淬火技术在汽车制造、航空航天、机械制造等领域有广泛应用。

它可以提高零件的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，延长使用寿命，同时还可以改善零件的尺寸精度、表面质量和疲劳性能，提高整体装配质量和可靠性。

因此，多功能激光淬火技术对于提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。

模具保养中的激光热处理与材料改性技术模具在工业生产中起到至关重要的作用，而其性能和使用寿命往往取决于其材料的质量和表面处理的方法。

在模具保养和维护中，激光热处理与材料改性技术被广泛应用，以提高模具的耐磨性、抗腐蚀性和疲劳寿命等关键性能。

本文将对激光热处理与材料改性技术在模具保养中的应用进行探讨。

一、激光热处理技术在模具保养中的应用1. 激光淬火技术激光淬火是激光热处理技术中最常用的方法之一。

其原理是通过高能激光束聚焦在模具表面的局部区域上，使其迅速升温后快速冷却，以改变材料的组织结构和性能。

激光淬火可以显著提高模具的表面硬度和耐磨性，延长模具的使用寿命。

2. 激光熔覆技术激光熔覆技术是将一层或多层合金材料以激光加热的方式熔化后，迅速冷却在模具表面形成涂层的过程。

这种技术可以有效地改善模具表面的耐磨性和抗腐蚀性，提高模具的工作效率和生产能力。

3. 激光改性技术激光改性技术是利用激光的高能量密度和高温效应改变模具材料的组织结构和性能的方法。

通过激光的作用，可以实现模具表面或局部区域的材料硬化、强化和改善表面耐蚀性等目的。

这种技术可以提高模具的整体性能和使用寿命。

二、材料改性技术在模具保养中的应用1. 表面涂层技术表面涂层技术是一种常用的模具保养方法，可以采用化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积等方法，在模具表面形成一层保护性的涂层。

这种涂层可以提高模具的抗磨损性、抗腐蚀性和表面硬度，有效延长模具的使用寿命。

2. 材料表面改性技术材料表面改性技术主要包括化学改性、物理改性和机械改性等方法。

通过对模具材料表面的处理，可以改变其表面性质和组织结构，提高模具的耐磨性、抗腐蚀性和疲劳寿命等性能。

三、激光热处理与材料改性技术的优势和挑战1. 优势激光热处理与材料改性技术具有高能量密度、快速处理速度、可控性好等优势。

它可以对模具进行局部处理，不会对整体结构产生影响，同时可以精确控制处理的深度和形状，满足不同模具的需求。