【摘要】：為了提升凸輪表面耐磨性,采用YLS-4000型光纖激光器通過不同的激光功率對基體材料45鋼表面進(jìn)行激光淬火。通過SEM觀察激光淬火前后材料表面和界面形貌,金相顯微鏡觀察組織形貌,通過HVS-1000A型顯微硬度儀測試了試樣表面硬度,并測試了試樣的摩擦因數(shù)和磨損形貌。結(jié)果表明:淬火層界面顯微組織為淬火馬氏體及少量殘余奧氏體,在激光功率1 000~1 800 W時分別獲得淬硬層深度為0.3~0.8mm的單道熱影響區(qū);淬硬層硬度分布基本均勻,平均硬度約為547~765HV,比基體硬度提高了2~3倍,激光淬火后組織細(xì)化和形成大量馬氏體是硬度提高的主要原因;在一定激光功率范圍內(nèi)(1 200~1 800 W),激光淬硬層的抗磨損性能比基體有較大的提升,且當(dāng)激光功率為1 600 W時能獲得最佳的磨損性能。
【圖文】：

ｃ）所示為試樣在不同激光功率淬火后界面微觀形貌。激光功率分別為１２００、１６００和１８００Ｗ時，其所對應(yīng)的淬硬層深度分別為０．２、０．５和０．７ｍｍ，隨著激光功率的增大，淬硬層深度不斷增加。這是因為隨著激光功率增大，４５鋼表面單位面積所吸收的熱量增加，溫升越高，達(dá)到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ａｃ３）的范圍更廣，即淬硬層的深度越深。同時激光入射功率較大，淬火層和冷態(tài)基體之間的溫度梯度越大，冷卻速度越快，過冷奧氏體越容易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，有利于形成較厚的硬化層。圖１不同掃描功率下淬火后試樣截面形貌Ｆｉｇ．１Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｑｕｅｎｃｈｅｄｓａｍｐｌｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｎｎｉｎｇｐｏｗｅｒｓ２．２淬火硬度縱向分布圖２為激光功率為１２００、１６００和１８００Ｗ時顯微硬度垂直于表面縱向分布曲線。在經(jīng)過光纖寬帶激光淬火后，各個功率下試樣表面的硬度均有很大的提升，最高硬度可達(dá)８６０ＨＶ以上，是基體硬度（約２４５ＨＶ）的３．７倍。在激光快速加熱和冷卻過程中，相變完成時間短，形成馬氏體和殘余奧氏體，晶體缺陷密度激增。晶粒細(xì)化和馬氏體的高位錯密度和高的碳固溶度可提高淬硬層的強(qiáng)度及耐磨性。但最大的硬度值并不出現(xiàn)在表層，而是出現(xiàn)在距表面約５０～２００μｍ之間的次表面。這是因為試樣表面的溫度過高，加熱后所形成的奧氏體晶粒較粗大，以至冷卻后所形成的馬氏體晶粒相對較粗，使得該區(qū)域的硬８７

大且受熱不均勻，導(dǎo)致奧氏體的含碳量不均勻，因此冷卻后產(chǎn)生的馬氏體含碳量不同，造成硬度分布不規(guī)律。同時激光功率過大，會使試樣表面熔化，產(chǎn)生粗大的馬氏體結(jié)構(gòu)，表面硬度下降，這是當(dāng)功率升為１８００Ｗ后，，表面硬度比功率為１６００Ｗ時有所下降的主要原因。在文獻(xiàn)［１１］中采用ＣＯ２激光器對４５鋼淬火，在功率３５００Ｗ時表面最高硬度為６５０ＨＶ，而光纖激光淬火功率為１６００Ｗ時表面最高硬度可達(dá)到９０６ＨＶ，這說明光纖激光淬火更大程度上提高４５鋼的硬度。圖２顯微硬度沿硬化層深度的分布Ｆｉｇ．２Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｈａｒｄｅｎｅｄｌａｙｅｒ２．３淬硬層的成分分析對激光入射功率為１６００Ｗ時試樣界面進(jìn)行檢測，如圖３所示，選�。硞�區(qū)域００１、００２、００３進(jìn)行ＥＤＳ分析。結(jié)果如表１所示，其含碳量從表面至基體呈現(xiàn)下降的趨勢，其作用機(jī)理為激光淬火后，自冷效應(yīng)明顯，奧氏體中碳原子來不及排出便轉(zhuǎn)化為過飽和馬氏體，且越接近表面其溫度梯度越大。一般組織中含碳量高則硬度越高，從表面至基體含碳量呈逐漸下降趨勢，這是顯微硬度沿硬化層深度分布曲線變化的原因之一。圖３激光功率１６００Ｗ時４５鋼界面ＥＤＳ分析Ｆｉｇ．３ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅ４５ｓｔｅｅｌｉｎｔｅｒｆａｃｅａｔｌａｓｅｒｐｏｗｅｒｏｆ１６００Ｗ表１１６００Ｗ時淬硬層三區(qū)域成分表Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｚｏｎｅｓｏｆｔｈｅｈａｒｄｅｎｅｄｌａｙｅｒａｔ１６００ＷＥｌｅｍｅｎｔＵｎｉｔ００１００

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