激光淬火是以高能密度的激光束照射工件表面，使工件表面组织快速奥氏体化，随着材料自身的热传导急速降温冷却，将奥氏体转变为极细小马氏体和组织，从而完成组织转变，提高工件表面的硬度。本文将介绍锐科CL系列6000W光纤激光器高效达成墨铸铁零件、45号钢零件轴淬火应用的客户案例。01
激光淬火相比传统淬火方式优势显著
对于零件局部淬火，传统加工方法为火焰淬火或感应淬火，火焰淬火和感应淬火均需要淬火介质，且感应淬火需要制作相应的工装，对于复杂零件，其工装制作成本和难度较大。基于此，激光淬火有显著的优势，具体见图1。同时基于固态相变重结晶强化机理作用，激光淬火层硬度、耐磨性和韧性均优其他于传统淬火层。从激光淬火的市场应用来看，该技术目前主要用于汽车模具、刃具、钢轨、发动机缸体等的加工，图2为典型的激光淬火零件。
图1 激光淬火优势
图2 典型激光淬火零件
02
锐科6000CL（600μm）光纤激光器产品介绍
锐科激光熔覆、淬火用连续加强版CL系列激光器，具有电光转换效率高、光束能量分布均匀、体积小、易于集成、便于维护等特点。图3为6000CL（600μm）光纤激光器。CL系列是专为熔覆应用设计机型，还包括12000CL （800μm）的激光器，采用定制型高稳定性激光传输光缆，6000CL为QBH，12000CL为QP（同20-40kW整机）；采用全新的单模块平台，并集成主动匀化模块，600-800μm大芯径输出，焦点附近为平顶光且高度匀化。主要应用于激光熔覆、激光淬火、激光加热等领域。
图3 锐科激光淬火用激光器及光束质量图
03
采用锐科6000CL光纤激光器对球墨铸铁零件淬火，高效达成淬火技术要求
该零件材料为球墨铸铁，需要对表面进行淬火，严格控制淬火宽度6mm-8mm，表面硬度大于30HRC，淬火层深度0.3mm-0.5mm。采用机器人搭配10mm*2mm整形光斑淬火头以及锐科CL系列6000W（600μm）光纤激光器进行淬火测试，淬火速度为4mm/s，激光功率1200W。图4为零件外形图和淬火后的表面状态，图5为淬火带宽度和硬化层深度。可以看出零件表面淬火均匀，无熔凝现象，淬火带宽度约7.8mm，淬火层深度约0.4mm，满足技术要求。
图4 零件外形图（左）和淬火后的表面状态（右）
图5 淬火带宽度和硬化层深度
04
锐科6000CL光纤激光器高效达成45号钢零件轴淬火技术要求
图6为45号钢零件轴的外形图，该零件直径为5mm，长度20mm，需要对轴端面进行淬火，表面硬度大于45HRC，淬火深度不小于1mm。由于零件尺寸太小，传统的表面淬火无法精准的控制加热区域，很容易造成零件整体硬度偏高，而激光淬火因能精准控制加热区域和加热时间，能很好的控制淬火质量。采用机器人搭配准直聚焦淬火头以及锐科CL系列6000W（600μm）光纤激光器进行淬火测试，采用定点加热的方式完成淬火，加热时间仅为3s，激光功率800W。图7为零件淬火后表面和淬火层形貌和深度测试结果，零件淬火表面硬度为55HRC，淬火层深度为1mm，满足技术要求。
图6 零件轴
图7 零件轴激光淬火结果
a）淬火后表面状态 b)金相法检测淬火层深度 c)硬度法检测淬火层深度
05
小结
本文案例主要介绍了锐科6000CL光纤激光器淬火工艺应用探索，并分享了采用6000CL光纤激光器对球墨铸铁零件进行淬火的技术案例，可高效替代解决传统加工方案不能实现的难题。未来，锐科将继续秉持“核心光源，锐科智造”的企业使命，根据各行业对于淬火工艺的进一步需求，不断迭代激光淬火工艺技术，深度贴合客户应用要求，提供高匹配性的定制化解决方案，助力汽车模具等行业高质量发展。
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