降本增效是企業追求的終目標??v觀鋼鐵工業技術史上的許多重大技術突破,如轉爐煉鋼、連鑄、連軋等,其首要動機都是為了降低成本。冶金技術相當成熟的今天,利用再制造技術延長冶金生產線核心部件的使用壽命,不僅可以提高新產品的性能,還可以修復廢舊產品,延長產品壽命,同時有效減少設備維護和停機時間,提高生產力。
一、激光淬火的基本原理
激光淬火技術是利用聚焦激光束作為熱源,對被處理工件表面進行輻照,使被硬化零件的溫度在瞬間急劇升高,形成奧氏體,然后迅速冷卻,獲得馬氏體或其它細晶粒組織的硬化層的熱處理技術。
二、激光表面淬火的技術特點
1、 功率密度高,加熱速度快,零件變形小
熱處理工藝可控制變形,處理后的工件不需磨削,可作為零件精加工的后一道工序。
2、可用于形狀復雜的零配件
如盲孔、內孔、小槽、薄壁件等。可以做或部分做,也可以根據需要在同一部分的不同部分做不同的處理。能克服高頻淬火因感應器的限制,難以對形狀復雜的零件進行表面淬火,加熱面積難以控制,薄壁零件在淬火時容易開裂等問題。在滲碳、淬火等化學熱處理過程中,大型零件的加工不需要受到爐子尺寸的限制。
3、普遍性
激光的深焦點,在淬火過程中對零件的尺寸、尺寸和表面沒有嚴格的限制。但現有的中高頻淬火生產出適合各種零件的感應器。
4、 不受限制
對于某些淬火溫度較高的不銹鋼零件,其淬火溫度與熔點溫度非常接近。用感應器對產品進行局部表面淬火時,容易燒角或不規則零件,造成零件報廢,然而,激光表面淬火不受此限制。
5、無需冷卻
激光淬火是一種清潔、、環保的淬火工藝,冷卻速度快,不需要水或油等冷卻介質。
6.、滿足硬化要求
表面硬化層組織細小,硬度高,耐磨性好,能滿足表面硬化層深度較淺(一般為0.3~2.0mm)的產品要求。
三、激光淬火技術在鋼鐵行業的應用實例
1、軋輥的激光合金化
軋輥是軋鋼機中產生金屬連續塑性變形的主要工作部件和工具。長期惡劣的工作條件會導致表面起皮、裂紋甚至斷裂。用激光對軋輥進行合金化處理,可有效延長軋輥的使用壽命。通過棒輥激光合金化處理,不變形、耐高溫、耐腐蝕,鋼材通過能力顯著提高。
2、輥底式激光淬火
爐底輥作為高溫板坯傳輸媒介,長期在充斥腐蝕性氣體的高溫環境下工作,與高溫板坯直接接觸的輥環,表面易出現粘鋼、結瘤、氧化、腐蝕、磨損、高溫蠕變等現象,特別是由粘鋼和結瘤造成的板坯下表面凹坑、劃痕、重皮等各類質量缺陷,在硅鋼、冷軋原料等軟鋼上表現的尤為。在輥環表面激光淬火一層耐高溫、抗氧化、耐磨損的新材料。爐底輥在使用壽命期間表面結瘤或氧化皮疏松、剝落,可能影響鋼板,鋼坯的后續軋制質量,可有效提高生產線的經濟效益。激光淬火技術可對各種導軌、大型齒輪、軸頸、氣缸內壁、模具、減震器、摩擦輪、滾輪、和滾輪零件等表面進行強化處理。適用材料為中、高碳鋼和鑄鐵等。
激光淬火是使用高功率密度的激光對金屬工件表面進行加熱,然后再迅速冷卻的過程。也稱為脈沖激光淬火,是一種新的技術。該技術是在20世紀60年代提出的,被稱為“激光表面強化”。利用脈沖激光器產生的高功率密度、高亮度脈沖輻射,在金屬工件表面照射激光脈沖。由于功率密度,激光脈沖能將金屬表面加熱到該溫度(約1000度),并使其快速硬化。由于吸收了大量能量,因此金屬表層很快軟化。在冷卻過程中,工件表面將被加熱到低于淬火溫度(約500-700度)。這種工藝對金屬工件的淬火效果非常好。
根據激光淬火設備不同,其特征是不同的。例如,脈沖激光可以使金屬工件表面加熱到該溫度,快速加熱至淬火溫度并快速冷卻至低于該溫度;連續激光可以連續作業。它可以對金屬工件進行分段處理,并可用于多個工件。
一、激光淬火優勢:
1.激光淬火設備容易操作,在金屬表面進行加熱和冷卻,具有速度快、熱影響小、變形小等特點,適用于表面熱處理;
2.激光淬火可以替代傳統淬火工藝,適用于多個工件的淬火;
3.可以控制表面和深度溫度場的分布,對不同材料的淬火深度可以實現可調節;
4.對工件進行局部淬火時,激光束不會直接加熱到工件的表面,而是通過焦點區域作用于工件的表層。這種方法能工件表面和內部的均勻淬火,防止產生馬氏體、珠光體等組織;
5.激光淬火可提高材料的耐磨性、抗疲勞強度和抗蝕能力;
6.激光淬火可以使材料的力學性能達到佳狀態,如彈性模量和抗拉強度。
二、激光淬火也存在一些缺陷:
1.淬火溫度高,工件表面硬化溫度高容易變形。
2.需要淬火介質,容易損壞工件表面的光潔度。
3.使用不方便,不連續作業。
1、激光淬火生產中的主要問題
根據激光表面淬火技術研究中的工藝參數及其內在聯系可以知道,在激光淬火生產過程中,操作者對工藝參數的控制非常嚴格,工藝穩定性差是必然的。產生這種現象的主要原因是光斑的功率密度和激光的不均勻性影響淬火過程的穩定性;光斑形狀對硬化層均勻性的影響:激光表面淬火難以大面積硬化層;工件初始狀態對激光淬火質量的影響。
2、提高激光淬火產量的一些改進措施
使用激光淬火系統生產產品時,需要對淬火過程中的各種因素進行優化和控制,以激光淬火過程的穩定性。在控制激光功率、掃描速度、光斑大小等工藝因素的基礎上,技術人員可以根據產品淬火前的導熱系數、熱擴散系數、熔點、臨界相變溫度、淬火部位形狀等,提前將影響因素輸入智能監控工藝系統。在淬火過程中,操作者根據智能系統控制中心顯示的各種參數變化信息,實時控制激光器、光學系統和旋轉平臺的運行,從而完成淬火的控制,實現激光表面淬火產品的目的。如圖3所示,傳感器1-4分別監測激光輸出光束的功率和功率密度分布、光束轉換系統的調節狀態、工件表面激光照射區域的溫度變化和工作臺的運動狀態。
壓輥模具激光淬火技術是一種的表面處理技術,其通過高能激光束對壓輥模具表面進行快速加熱和冷卻,實現表面硬化和強化的效果。這項技術在工業領域得到了廣泛的應用,尤其在鋼鐵、有色金屬、橡膠、塑料等行業的壓延和擠出工藝中,壓輥模具的壽命和性能對生產效率和產品質量有著至關重要的影響。
傳統的壓輥模具淬火技術通常采用油或水作為冷卻介質,通過快速冷卻使模具表面形成一層高硬度的淬硬層。然而,這種技術存在一些局限性,如淬硬層深度較淺、冷卻不均勻、易產生裂紋等。相比之下,激光淬火技術具有許多優點,如淬硬層深度大、硬化均勻、冷卻速度快、變形小等。
激光淬火的原理是利用高能激光束對壓輥模具表面進行掃描,通過快速加熱和冷卻使表面材料發生相變,形成一層高硬度的硬化層。激光淬火的硬化層深度可以達到數毫米至數厘米,硬化層內的顯微組織結構也得到了顯著改善,具有更高的硬度和更好的耐磨性。同時,激光淬火還可以改善壓輥模具的抗疲勞性能和耐腐蝕性能,從而提高其使用壽命。
激光淬火技術的實施需要使用高功率激光器和運動系統。激光器通常采用二氧化碳或光纖激光器,它們的輸出功率可以調節,以適應不同厚度和不同材料的壓輥模具。運動系統則負責控制激光束的掃描路徑和速度,以確保均勻加熱和冷卻整個表面。在處理過程中,需要對壓輥模具進行的熱分析,以確定佳的工藝參數,如激光功率、掃描速度、光斑尺寸等。
激光淬火技術在工業應用中已經得到了廣泛驗證,其在提高壓輥模具性能和壽命方面具有顯著優勢。與傳統淬火技術相比,激光淬火技術具有更高的生產效率和更好的質量。此外,激光淬火技術還可以通過優化工藝參數來滿足不同材料和不同用途的壓輥模具的需求。隨著技術的不斷發展和成本的不斷降低,激光淬火技術將在更多領域得到應用和推廣。
在未來的發展中,激光淬火技術將繼續受到關注和研究。人們將更加深入地研究激光與材料之間的相互作用機制,探索更加優化的工藝參數和控制方法。同時,隨著新材料和新應用的不斷涌現,激光淬火技術將面臨更多的挑戰和機遇。相信在不久的將來,這項技術將會取得更加顯著的突破和創新。
產品特點及優勢:
1.激光淬火的功率密度高,冷卻速度快,不需要水或油等冷卻介質。
2.相對于感應淬火、火焰淬火,滲碳淬火工藝,激光淬火淬硬層均勻,硬度更高(一般比感應淬火高1-3HRC);
3.工件變形小,加熱層深度和加熱軌跡容易控制,易于實現自動化,不需要像感應淬火那樣根據不同的零件尺寸設計相應的感應線圈,對大型零件的加工也無須受到滲碳淬火等化學熱處理時爐膛尺寸的限制;
4.激光淬火工藝正逐步取代感應淬火和化學熱處理等傳統工藝,尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略,特別適合要求的零件表面處理。
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