榮烈潤撰寫，朱光明整理

齒輪的激光熱處理

榮烈潤撰寫，朱光明整理

金屬雜志社在熱處理領(lǐng)域打造的“熱處理生態(tài)圈”自推向行業(yè)以來受到極大的關(guān)注，其中不乏好的精品資料傳閱率很高，小編將每期陸續(xù)摘錄整理一些資料分享給更多的讀者。

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齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中兩齒面在相交線處產(chǎn)生滑移擠壓，齒面接觸處承受脈沖接觸應(yīng)力，而在齒根則受周期彎曲應(yīng)力，因此其主要失效形式為：齒面疲勞點(diǎn)蝕及齒根疲勞折斷。為了提高齒輪齒面的承載能力，延長使用壽命，必須對齒輪進(jìn)行表面硬化處理。

普通的齒輪硬化處理工藝有：表面化學(xué)熱處理、感應(yīng)表面淬火和火焰表面淬火等，但是這些工藝存在如下缺陷：處理后變形大及不易獲得沿齒廓均勻分布的硬化層。激光熱處理（見圖1）由于不僅具有淬火后材料晶粒細(xì)化、位錯(cuò)密度高，而且由于可以精確控制熱處理區(qū)域（激光聚焦點(diǎn)微小）。所以熱處理后工件變形小，不需后續(xù)的精加工工序，可以有效地用于齒輪淬火處理。

齒輪淬火處理按掃描方式可分為軸向螺旋掃描和軸向分齒掃描。此外，齒輪激光淬火按照單個(gè)齒面淬火帶有無搭接，可分為搭接掃描和無搭接掃描兩種。

齒輪激光熱處理的工藝參數(shù)包括：激光功率、激光束尺寸、激光束偏置量、激光掃描速度和入射角等。另外，在激光淬火處理齒輪時(shí)一般尚需采用輔助冷卻技術(shù)，原因有兩點(diǎn)：一方面由于點(diǎn)的熱容量小，散熱條件差，難以滿足激光處理自淬火的需求，采用冷卻技術(shù)可以保證齒面的冷卻速度達(dá)到臨界冷卻速度，增加硬化層厚度；另一方面可以防止淬火過程中熱量從被處理齒面?zhèn)鞯揭烟幚睚X面，引起回火。

圖1

激光是一門高能技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域很廣。激光熱處理的關(guān)鍵技術(shù)有三點(diǎn)：高功率的激光器，與計(jì)算機(jī)配套的多自由度加工設(shè)備，適用于不同應(yīng)用場合的激光淬火工藝。我國在這些方面均已經(jīng)取得了很快的發(fā)展，為激光熱處理技術(shù)的推廣創(chuàng)造了條件。但是激光熱處理技術(shù)在我國應(yīng)用推廣宣傳不夠，缺乏實(shí)踐，還存在不同程度的神秘化和偏見。齒輪的激光熱處理技術(shù)是激光加工技術(shù)的成熟應(yīng)用之一（另一個(gè)成熟應(yīng)用為：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套內(nèi)壁的激光淬火，見圖1），激光熱處理幾乎可以解決金屬表面熱處理的所有問題。在汽車、機(jī)車、農(nóng)機(jī)等修理行業(yè)中，激光熱處理已經(jīng)取得非常好的應(yīng)用效果。激光加工技術(shù)，特別是激光熱處理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用必將加速我國的激光產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

圖2

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該篇文章是本刊編輯特邀榮烈潤撰寫，著重于在齒輪行業(yè)推廣激光熱處理技術(shù)。本文已于2015年3月20日分享在“熱處理生態(tài)圈”訂閱號上，受到廣大粉絲關(guān)注！

榮烈潤，原中國航空精密機(jī)械研究所，高工。