齒輪的激光熱處理

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

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

普通的齒輪硬化處理工藝有：表面化學熱處理、感應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化、位錯密度高，而且由于可以精確控制熱處理區域（激光聚焦點微小）。所以熱處理后工件變形小，不需后續的精加工工序，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一般尚需采用輔助冷卻技術，原因有兩點：一方面由于點的熱容量小，散熱條件差，難以滿足激光處理自淬火的需求，采用冷卻技術可以保證齒面的冷卻速度達到臨界冷卻速度，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傳到已處理齒面，引起回火。

圖1

激光是一門高能技術，應用領域很廣。激光熱處理的關鍵技術有三點：高功率的激光器，與計算機配套的多自由度加工設備，適用于不同應用場合的激光淬火工藝。我國在這些方面均已經取得了很快的發展，為激光熱處理技術的推廣創造了條件。但是激光熱處理技術在我國應用推廣宣傳不夠，缺乏實踐，還存在不同程度的神秘化和偏見。齒輪的激光熱處理技術是激光加工技術的成熟應用之一（另一個成熟應用為：發動機氣缸套內壁的激光淬火，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、機車、農機等修理行業中，激光熱處理已經取得非常好的應用效果。激光加工技術，特別是激光熱處理技術的發展及應用必將加速我國的激光產業化的進程。

圖2

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

榮烈潤，原中國航空精密機械研究所，高工。