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光纤激光轴承淬火设备及工艺研究

魏小红  
【摘要】:光纤激光淬火是利用光纤激光将金属材料表面局部区域加热到奥氏体相变温度以上,在随后的快速冷却中,奥氏体转变为马氏体,达到淬火硬化的效果。利用这一点对GCrl5轴承钢表面实施光纤激光淬火,除了改善工作环境、节省能源外,还可显著增大其表面硬度、耐磨性及使用寿命。与传统热处理技术相比,光纤激光表面淬火具有激光功率高、能量密度集中、加热时间短、淬火前不需要表面黑化处理、淬火后试样不需要精加工、可进行局部淬火、淬火过程柔性可控和材料变形小等优点,能获得硬度高、组织细小及耐磨性好的表面层,且工艺操作简单。 本文成功集成了光纤淬火设备,主要由光纤激光器、射出头和光路系统、控制系统、电源、精密机床和外围设备等组成。利用Fiber View软件进行编程控制,并配合精密机床控制器,实现了设备各组成系统的协调工作。光纤激光淬火工作台以光纤激光器为核心,协同控制系统及其它辅助设备完成淬火实验。 研究了不同激光功率、扫描速度和离焦量对试样显微组织及硬度的影响。结果表明:GCrl5轴承钢激光淬火后的硬化层沿层深方向依次为完全淬硬层、过渡层和基体。光纤激光淬火硬化区的组织为细小的马氏体和少量球形碳化物。在扫描速度和离焦量不变的情况下,淬火层的显微硬度随激光功率的增大而增大;在激光功率和离焦量不变的情况下,淬火层的显微硬度随扫描速度的增加先增大后减小;在激光功率和扫描速度不变的情况下,淬火层的显微硬度随离焦量的增加也先增大后减小。当激光功率P=400w、扫描速度v=0.6mm/s、离焦量f=0mm时,淬火层的显微硬度达到960Hv,是基体试样的4.4倍。摩擦磨损实验结果表明,GCr15轴承钢经光纤激光淬火后耐磨性显著提高。


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