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采用感應預熱的連續激光淬火(一)

編輯:感應加熱設備
添加時間:2015-08-24 08:26:44 點擊量:

     摘 要: 模擬了鋼件采用激光束進行表面連續淬火的新方法。這種熱處理方法采用傳統的感應器對淬火零件進行預熱,以便減小溫度梯度及隨后產生的被處理材料的機械應力。該工藝的數學模型采用 3D數值建立,其解法考慮了所有重要的非線性特性(被淬火鋼的磁飽和曲線及其物理性能與溫度的關系)。用典型的實例進行了說明,介紹了結果并進行了討論。
 


0 引言
     鋼件的激光表面淬火已經開發了多年,并在諸多工業領域獲得了廣泛應用。這種熱處理工藝具有許多優點,例如可以有效地控制激光束運動的速度和方向及激光束的功率,可通過從工件表面向內部的熱傳遞來實現快速冷卻[1-2]。激光束傳遞的單位功率甚至比傳統的感應加熱所產生的功率大 6 個數量級。另一方面,表面極快的加熱(和隨后的極快冷卻)會在被處理材料的表面層形成過大的不希望有的機械內應變和應力。
 
     為了抑制上述現象,采用了輔助工藝,就是對被加熱工件較大的暴露部分進行感應預熱。圖 1 所示的是這種復合加熱工藝的布局,圖中感應器 - 激光器系統沿工件表面以緩慢的速度 v 移動。首先,用適當形狀的感應器將工件預熱到一定的溫度(通常為 150 ~ 350 ℃),然后用激光束加熱到 Ac3以上的奧氏體化溫度,使工件獲得均勻的奧氏體組織。通過控制冷卻至低于馬氏體轉變開始溫度 Ms 的時間(通常僅為幾 s)來獲得所需要的表面硬度。通常,硬度隨著冷卻速度的增大而提高。


 
圖 1 采用感應加熱的激光淬火
 
1 技術問題的提出
     要做的工作是,制訂感應預熱、激光加熱和再次感應加熱的復合加熱工藝,在大型工件的平面上獲得薄的硬化帶。預熱和后加熱都是由適當形狀的感應器完成,感應器處于工件表面上方一規定的距離并緩慢移動。與感應器裝置牢固連接的激光器頂端固定在兩個感應器之間,并與感應器一起移動。
 
     本文介紹了這一工藝的數學模型,并繪制了激光束掃描行程中溫度隨時間的變化圖。
 
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