4.4.2 激光淬火工艺

采用激光淬火时，主要的是控制工件的表面温度和淬硬层深度。温度和淬硬层深度均与激光照射持续时间的平方根成正比。可通过调节光斑尺寸、激光功率和扫描速度，达到控制工件的表面温度和淬硬层深度的目的。当输出功率恒定、光斑模式一定时，控制激光淬火质量的关键工艺参数是激光扫描速度。此外，还要考虑基体的大小（决定散热状况）和搭接率等。

1.功率密度和扫描速度对硬化层深度的影响

激光淬火时，功率密度一般为500～5000W/cm²，作用时间在0.1～10s之间。碳钢合适的功率密度为1000～1500W/cm²，时间为1～2s。功率密度高，作用时间短，得到的淬硬层浅；反之，得到的淬硬层就深。

对于原始组织好的高淬透性材料，可采用低功率密度但适当延长加热时间的方法来处理，即采用低的扫描速度。而对于原始组织不好的低淬透性材料，可在高功率密度和短时间作用下处理。当功率密度为4kW/cm²，扫描速度大于88mm/s时，其硬化层表面出现精细结构，为白亮层。

2.功率密度和扫描速度对硬化层组织和性能的影响

当输出功率一定时，激光扫描速度是控制激光淬火质量的关键工艺参数。降低功率密度，提高扫描速度，可获得隐晶马氏体和中针状马氏体，继续提高扫描速度，可获得到隐晶状马氏体。

尺寸较小的工件应使用较高的功率密度和较短的作用时间，否则由于自身冷却的不足，需要使用外部淬火介质进行冷却。

采用CO₂大功率激光器的激光淬火工艺如下。

1）工件经黑化处理，使激光吸收率提高到70%～85%。

2）光斑直径d为1～4mm。

3）功率密度q为1000～1500W/cm²。

4）扫描速度由淬硬层深度及宽度决定。

5）扫描方式为螺纹形或网纹形。

6）搭接系数一般为5%～20%。

淬火后硬度为1100HV（高碳高合金钢）。

影响激光淬火质量的因素很多，应根据设备的激光功率、扫描速度、工件材料、技术要求、涂料的种类、光斑及镜头的选择、淬火部位的形状及运行方式等，反复进行试验，找出合适的工艺参数。

几种钢的激光淬火工艺参数及其处理效果如表4-50所示。

表4-50 几种钢的激光淬火工艺参数及其处理效果