齿轮的激光热处理技术
我国从20世纪80年代就开始齿轮激光热处理的研究，同时研制了多种激光热处理装备，现已成为一项实用并极有发展前景的高新技术。作为一种新型的表面强化技术，齿轮激光热处理克服了传统热处理的缺点，获得了理想的硬度和硬化层分布，耐磨性大幅度提高，使用寿命延长，淬火畸变微小，齿轮精度等级不受影响，齿面不需要研磨，可以代替渗碳、渗氮等表面化学热处理和感应热处理等传统工艺，生产成本低，生产效率高，目前已经广泛应用于船舶、风能发电、冶金、矿山及工程车辆等多种行业各类齿轮的表面硬化处理，尤其适合大型和特种齿轮的热处理，最大直径达3m以上。1.激光淬火技术激光淬火是以高能量密度（103~108W/cm2）的激光束快速照射零件表面，使其硬化层部位瞬间吸收光能立即转化为热能，使激光作用区温度急剧上升达到材料的相变点以上，形成奥氏体，此时零件基体呈冷态，与加热区之间有极高的温度梯度，一旦停止激光照射，其加热区因急冷而发生直冷淬火，使金属表面的奥氏体转变成马氏体。而这种马氏体组织十分细小，具有比常规淬火更高的组织缺陷密度。由于冷速极快（104~109℃/s），碳原子来不及扩散，因此马氏体含碳量较高，残留奥氏体也获得较高的位错密度，使材料具有畸变强化效果，从而显著提高了零件表面的耐磨性。同时，硬化层内残留有相当大的压应力，又显著增加了零件表面的疲劳强度。利用这些特点对齿轮表面实施激光淬火，可以显著提高材料的耐磨性能和抗疲劳性能。图1为齿轮的激光热处理。
（a）齿轮激光热处理形貌（b）齿轮的激光热处理过程图1 齿轮的激光热处理齿轮激光淬火与传统热处理的对比如表1所示。表1齿轮激光淬火与传统热处理的对比
工艺方法渗碳、渗氮等感应淬火激光淬火
处理材料碳钢、低合金钢中碳钢、中碳合金钢各种钢材、铸钢等
淬硬层组织及硬度马氏体＋碳化物＋残留奥氏体硬度56~62HRC马氏体硬度45~60HRC隐针马氏体硬度提高15%~20%
心部组织及硬度回火马氏体硬度35~45HRC正火或调质硬度＜30HRC正火或调质硬度＜30HRC
齿面硬化层形状沿齿廓分布均匀分布不均匀沿齿廓分布均匀
硬化层的可控性易控制不易控制可精确控制
淬硬层残留应力压应力，分布均匀，小随硬化形状分布不均，较大压应力，分布均匀，大
热处理畸变较大较小极小
工艺周期及成本周期长，成本高周期短，成本低周期短，成本低
2.激光淬火工艺（1）激光淬火工艺参数激光淬火的硬化指标主要是硬化层深度、宽度和硬度。影响上述指标的基本工艺参数是：作用在工件表面上光斑尺寸d（mm），激光器输出功率N（W），扫描速度V（即工件移动速度，mm/min），其次还有材料对光的吸收率。此外，也有直接将功率密度P（W/cm2）作为控制工艺的参数。
激光硬化层深度（δ）∝激光功率P/扫描速度V，光斑尺寸d。因此，在制定激光淬火工艺参数时，首先应确定激光功率、光斑尺寸和扫描速度。
应用2kW连续CO2气体激光器对40钢进行激光淬火，得到的硬化层深度与功率、光斑尺寸、扫描速度呈比例关系，其关系如下：δ＝－0.1097＋3.02P/（dV）式中 δ——硬化层深度（mm）；P——加热功率密度（W/cm2）；d——光斑直径（mm）；V——扫描速度（mm/min）。
（2）齿轮激光淬火的扫描方式主要有两种：一是周向连续扫描，即齿轮连续转动，激光束轴向移动，在齿面上形成螺旋形间隔硬化带，适合于中、小模数（5mm以下）齿轮；二是轴向分齿扫描，即激光沿齿轮做轴向往复运动，齿轮轮齿同一侧的扫描工作完成后，激光束移到另一选定位置，重复上述运动。适合于中、大模数齿轮。
（3）几种材料激光淬火工艺参数及效果如表2所示。表2几种材料激光淬火工艺参数及效果
牌号功率密度/（kW/cm2）激光功率/W扫描速度/（mm/s）硬化层深度/mm硬度HV
204.4700190.3476.8
452100014.70.45770.8
40Cr3.21000180.28~0.6770~776
40CrNiMoA2100014.70.29617.5
20CrMnTi4.51000250.32~0.39462~535
3.齿轮激光热处理成套设备（1）产品名称与型号如武汉金石凯激光技术有限公司生产的GS-RC型系列齿轮激光热处理成套设备。
（2）齿轮激光热处理成套设备组成主要由激光器、水冷机组和加工机床及光路系统组成。
刘通途 发表于 2015-5-31 20:17
渗碳怎么做，gcr15光靠表面那行
您多给指点指点，我们这看来的，只是当作学习知识，真正用的还得是些老辈们更懂
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