【《40Cr激光表面淬火工艺实验探究案例》2400字】

40Cr激光表面淬火工艺实验探究案例激光淬火工艺是一种快速加热与快速冷却的复杂工艺，优质的激光淬火质量是多种影响因素结合在一起的结果。对特定工艺进行测试的工艺设备和材料的确定,选择激光扫描方式，而激光扫描方式可以根据所需的加工设备和材料进行选择，在这种条件下，激光淬火工艺参数已以达到40Cr激光淬火工艺参数的最高标准，是影响淬火质量的主要因素，进行了大量的激光功率，扫描速度和光斑尺寸的研究。初步勘探测试，然后通过对结果进行比较和分析，在这些预处理在测试参数中查找适当的过程参数范围，然后调整参数，执行其他淬火测试，执行最佳的工艺参数以进行研究分析。1.1低功率单路激光淬火试验1.1.1试验方法通过仔细的观察试样的硬度深度，对40Cr板材料进行一次激光淬火实验,在进行淬火试验前将40Cr板材料切成100×100×10mm的正方形板，用丙酮和酒精清洗样品，去除锈迹和油污，并调整淬火工艺参数。在多次的实验研究基础上,在第一和第二个实验中，研究了激光功率和扫描速度对不同试验参数和淬火表面层的影响。改变离焦量可以改变光斑大小。随着离焦量的增加，光斑大小也会增加，第三组激光功率维持在1500W，扫描速度保持在5mm/s。23mm和25mm的进行淬火试验以研究其效果。淬火后，根据各个参数提取样品，以检查表面硬度，并分析淬火表面层的宽度和深度。1.1.2试验结果及分析(1)表面形貌激光强化前，材料的外观和表面通常是光滑的,而在材料进行了激光器淬火之后，激光束所在扫描部位的形态也就会有所变化。激光淬火后的表面质量是需要评估的重要指标之一。淬火后的表面检验一般要根据质量要求进行表面粗糙度检验，表面熔化检验，破裂和变形检验。一般情况下，激光淬火可以直接作为工件的最终加工步骤，表面必须无熔化，破裂和变形。激光淬火后，需直接观察其表面情况，如淬火后的工件表面质量高，需用精密仪器检测表面。表3-1激光淬火工艺参数排列激光器功率W扫描速度mm/s激光器离焦量11300800×0.0421213001200×0.0623315001200×0.0623415001000×0.0521518001200×0.0621618001000×0.0523BABACC图1.2实验速度340Cr激光表面淬火工艺ABABCC图1.3实验功率用参数表3-1中，淬火后所得到的淬火的外观和形态显示。图1.4a是仅通过一个改变激光功率的测试激光功率范围1300W～1500W，扫描速度3～7mm/s，离焦21～23mm，光斑尺寸4.5～6mm，1.1b仅显示扫描速度的结果。扫描速度范围为3~7mm/s，激光机器功率为1500~1800W，离焦21~23mm，点尺寸变为4.5~6.2。(a)(b)图1.4不同工艺参数的表面形貌40Cr样品表面的初始状态是平坦清洁的表面。在第一组和第二组实验中，激光淬火后没有明显的宏观缺陷，例如裂纹和气孔，而激光功率和扫描速度只有一个金属变化的表面。如图1.4，随着激光功率增加，材料表面吸收的能量也会增加，扫描速度的表面宽度也会增加。当扫描速度设定为3mm/s时，吸收的能量降低，表面宽度逐渐减小，扫描速度最大。扫描速度为3mm/s和4mm/s时，激光束的运动速度相对较慢，激光与材料表面之间的相互作用时间更长，导致表面变化。第二组改变了光点尺寸大小。此时，光束的能量密度增加到大约300W/mm，使得熔化表面的表面形状更加明显在激光扫描过程中，会出现缺陷，飞溅和烟飞，淬火区宽度也很小。当离焦量增点加时，会逐渐增加，激光束的能量密度减少，表面吸收的能量减少，表面熔合程度减少，表面会逐渐进入微熔化状态，表面增加。光束光斑尺寸和能量密度会逐渐降低，粗糙度和持续增加，表面微熔化现象消失，获得良好的成型表面。激光功率对表面硬度的影响离焦量为21mm，光斑尺寸4mm，扫描速度5mm/s，激光性能范围1300~1800W的条件下测量焊带表面硬度，测量硬度见表3-3，以三个点的平均值为参考值力所覆盖淬火层的表面硬度。图1.5硬度的测量340Cr激光表面淬火工艺表3-2淬火的层的表面硬度激光器输出功率（W）激光器速度mm/s第一硬度（HRC）第二硬度（HRC）第三硬度（HRC）第四硬度（HRC）1300800×0.0444.941.749.047.613001200×0.0632.752.250.547.615001200×0.0634.045.947.851.115001000×0.0548.751.750.541.218001200×0.0648.951.051.555.818001000×0.0549.349.948.848.2表3-3淬火表面的层的表面平均硬度激光输出功率（W）速度mm/s平均硬度（HRC）1300800×0.0446.513001200×0.0645.7515001200×0.0644.715001000×0.0548.0318001200×0.0652.318001000×0.0549.05图1.6不同功率下淬火的层的表面平均硬度从表1.2可以看出，在一定的范围内，表面硬度随激光输出的增加而增加。激光输出功率低1500W时，材料表面吸收的能量少，材料表面温度不能达到相变温度，相变强化困难。表面硬度接近未淬火基板的硬度，无加固材料。随着激光输出的增加，激光束辐射能量增加，表面吸收的能量也大大增加。表面温度逐渐达到相变点以上，导致相变硬化，表面硬度大大增加。随着激光输出的增加，材料表面的相位变越来越完整，硬度也越来越高。当功率达到1500W和1800W时，完成了淬火的相变，因此硬度更加稳定，并且不会有明显的减小。随着激光作用功率的不断提高，其表面很有可能会融化并逐渐减少。根据硬度检验测试的结果，当激光器的工作功率大约为1800时，其表面会融化或收缩。硬度测试结果表明，当激光输出1800时，表面硬度可满足工艺要求。激光输出对淬火层宽和深度的影响图1.7试样的切割在离焦长度为21mm，光斑大小为4.5mm，扫描速度为5mm/s，激光功率的变化区间范围一般为1500~1800W的工作环境条件下，金属强化层是通过切断腰带中间部分用不同激光功率辐射而形成的。研磨，磨削和腐蚀后在激光扫描下形成的强化层在显微镜下都能看到。这里有激光输出功率的变化对淬火层截面形状的影响。图1.8激光的功率对淬火层截面的影响340Cr激光表面淬火工艺表3-3不同功率下的激光器淬火层的宽度及深度激光器输功率（W）时间mm/s淬火宽度（mm）淬火深度（mm）1300800×0.041.9120.89913001200×0.064.1661.25515001200×0.065.7321.49615001000×0.056.8331.62418001200×0.067.8661.84418001000×0.059.1892.468图1.8不同的功率下的淬火的大小及深度由图1.8和表3-3可知，随着激光输出的增加，淬火层的宽度和深度都在增大，在离焦量相等时，淬火层对辐射的影响也会一层比一层深。随着激光输出的持续增加，在一个更大的区域内能量增加，使得相位可以移动，从而引起淬火工件的淬火层的深度和宽度明显地有所增加。当淬火激光器的功率设置为1800W时，