激光淬火是以高能密度的激光束照射工件表面，使工件表面組織快速奧氏體化，隨著材料自身的熱傳導急速降溫冷卻，將奧氏體轉變為極細小馬氏體和組織，從而完成組織轉變，提高工件表面的硬度。本文將介紹銳科CL系列6000W光纖激光器高效達成墨鑄鐵零件、45號鋼零件軸淬火應用的客戶案例。01
激光淬火相比傳統淬火方式優勢顯著
對于零件局部淬火，傳統加工方法為火焰淬火或感應淬火，火焰淬火和感應淬火均需要淬火介質，且感應淬火需要制作相應的工裝，對于復雜零件，其工裝制作成本和難度較大。基于此，激光淬火有顯著的優勢，具體見圖1。同時基于固態相變重結晶強化機理作用，激光淬火層硬度、耐磨性和韌性均優其他于傳統淬火層。從激光淬火的市場應用來看，該技術目前主要用于汽車模具、刃具、鋼軌、發動機缸體等的加工，圖2為典型的激光淬火零件。
圖1 激光淬火優勢
圖2 典型激光淬火零件
02
銳科6000CL（600μm）光纖激光器產品介紹
銳科激光熔覆、淬火用連續加強版CL系列激光器，具有電光轉換效率高、光束能量分布均勻、體積小、易于集成、便于維護等特點。圖3為6000CL（600μm）光纖激光器。CL系列是專為熔覆應用設計機型，還包括12000CL （800μm）的激光器，采用定制型高穩定性激光傳輸光纜，6000CL為QBH，12000CL為QP（同20-40kW整機）；采用全新的單模塊平臺，并集成主動勻化模塊，600-800μm大芯徑輸出，焦點附近為平頂光且高度勻化。主要應用于激光熔覆、激光淬火、激光加熱等領域。
圖3 銳科激光淬火用激光器及光束質量圖
03
采用銳科6000CL光纖激光器對球墨鑄鐵零件淬火，高效達成淬火技術要求
該零件材料為球墨鑄鐵，需要對表面進行淬火，嚴格控制淬火寬度6mm-8mm，表面硬度大于30HRC，淬火層深度0.3mm-0.5mm。采用機器人搭配10mm*2mm整形光斑淬火頭以及銳科CL系列6000W（600μm）光纖激光器進行淬火測試，淬火速度為4mm/s，激光功率1200W。圖4為零件外形圖和淬火后的表面狀態，圖5為淬火帶寬度和硬化層深度。可以看出零件表面淬火均勻，無熔凝現象，淬火帶寬度約7.8mm，淬火層深度約0.4mm，滿足技術要求。
圖4 零件外形圖（左）和淬火后的表面狀態（右）
圖5 淬火帶寬度和硬化層深度
04
銳科6000CL光纖激光器高效達成45號鋼零件軸淬火技術要求
圖6為45號鋼零件軸的外形圖，該零件直徑為5mm，長度20mm，需要對軸端面進行淬火，表面硬度大于45HRC，淬火深度不小于1mm。由于零件尺寸太小，傳統的表面淬火無法精準的控制加熱區域，很容易造成零件整體硬度偏高，而激光淬火因能精準控制加熱區域和加熱時間，能很好的控制淬火質量。采用機器人搭配準直聚焦淬火頭以及銳科CL系列6000W（600μm）光纖激光器進行淬火測試，采用定點加熱的方式完成淬火，加熱時間僅為3s，激光功率800W。圖7為零件淬火后表面和淬火層形貌和深度測試結果，零件淬火表面硬度為55HRC，淬火層深度為1mm，滿足技術要求。
圖6 零件軸
圖7 零件軸激光淬火結果
a）淬火后表面狀態 b)金相法檢測淬火層深度 c)硬度法檢測淬火層深度
05
小結
本文案例主要介紹了銳科6000CL光纖激光器淬火工藝應用探索，并分享了采用6000CL光纖激光器對球墨鑄鐵零件進行淬火的技術案例，可高效替代解決傳統加工方案不能實現的難題。未來，銳科將繼續秉持“核心光源，銳科智造”的企業使命，根據各行業對于淬火工藝的進一步需求，不斷迭代激光淬火工藝技術，深度貼合客戶應用要求，提供高匹配性的定制化解決方案，助力汽車模具等行業高質量發展。
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