激光表面化技术之齿轮激光淬火

　　激光表面硬化是以104～105W/cm2高能量的激光束快速扫描工件，使被照射的金属材料零件表面温度以极快的速度（ 104～109℃/s） 升到相变点以上；当激光束离开被照射部位时，由于热传导的作用，处于冷态的基体以104～106℃/s的冷却速度对所加热的表面进行快速自冷淬火，从而实现零件表面的相变淬火硬化。

　　激光硬化是对金属零件表面快速地进行局部淬火的一种新技术。这种工艺方法用于强化零件的表面，可以显著地提高金属材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性、疲劳性能及强度和高温性能； 同时可使零件心部保持良好的韧性，以使零件具有良好的综合机械性能。因此，激光硬化可以提高产品的服役能力，成倍地延长其使用寿命，具有显著的经济特点。

　　在齿轮制造中，传统工艺存在诸多弊端。齿轮常规的热处理多采用高中频淬火、渗碳、碳氮共渗、氮化等方法，由于长时间高温加热，齿轮内部晶粒有长大的趋势，并容易使齿面产生较大的变形，也不易获得沿齿廓均匀分布的硬化层，从而影响齿轮的使用寿命。同时，常规工艺的处理周期很长，能源消耗很大。因此，减小齿面的变形、缩短加工周期一直是齿轮齿面硬化的技术难题之一。而激光热处理变形小、周期短、无污染，为解决齿面淬火变形问题提供了有效的途径； 且工艺简单，加工速度快，淬硬层深度均匀、硬度稳定，在齿轮传动啮合过程中的耐磨性强，其整体的综合性能良好。

　　对齿轮进行激光淬火要注意：

　　1、为了提高金属表面对激光的吸收率，在激光热处理前需要对材料表面进行表面黑化处理，即在需要激光处理的金属表面涂上一层对激光有较高吸收能力的涂料。

　　2、采用轴向分齿扫描，即利用宽带激光束沿齿轮轴向移动扫描，一次可扫描 1 个齿面。利用分齿运动转动 1 个齿距后激光束再扫描另外 1个齿面，这样逐个进行扫描直至扫完整个齿轮的所有齿面。

　　采用激光淬火与常规齿轮处理工艺（如高中频淬火、渗碳或碳氮共渗淬火、氮化等）相比，有许多优势：

　　1、齿轮经激光淬火后的表面硬度高于高频及渗碳淬火，硬化层的厚度及硬度均匀。

　　2、齿轮经激光强化后可在齿面和齿根都产生约640 N / mm2的残余压应力，且只分布在有限的层深内，它对提高齿轮的疲劳强度及寿命可起到较大的作用。

　　3、齿轮经激光淬火强化后的变形极小，不影响齿面粗糙度，可作为最后工序。

　　对于大多数精度等级为 6、7、8 级的机械传动齿轮，经激光淬火后，没有降低原精度等级。无需磨齿，可直接装机使用。同时齿轮非处理部位无需作防护处理，能耗小，无环境污染。