合金球墨鑄鐵中珠光體數量對激光淬火深度的影響

文/楊光明·上汽大眾汽車有限公司

王志江·江蘇合潤汽車車身模具有限公司

轎車拉延模型面淬火熱處理現在越來越多的采用激光淬火工藝。這種工藝的優點是速度快，效率高，變形小，缺點是淬硬層深度不足。有的鑄件激光淬火硬度不足，淬硬層深度很淺，那么深度究竟能達到多少？是什么原因導致硬度不高，一直沒有明確的結果。本次實驗，采樣硬度不足的樣本和硬度合格的樣本做比對，得出結論：模具型面上淬火區域珠光體數量對激光熱處理硬度影響很大。當珠光體數量在80%以上后，50HRC 以上的硬度層深度能達到1mm 以上；而珠光體數量減少，硬度層深度也會減少。

激光淬火工藝

激光淬火

激光淬火又稱為激光相變硬化，是指以高能密度的激光束照射工件表面。使其需要硬化部位瞬間吸收光能并立即轉化為熱能，從而使激光作用區的溫度急劇上升形成奧氏體，經隨后的快速冷卻，獲得極細小馬氏體和其他組織的高硬化層的一種熱處理技術。

應用領域

盡管目前激光表面淬火技術的應用還不及傳統熱處理技術那樣廣泛和成熟，但由于其具有的獨特優越性，正日益受到人們的重視，已經在機械制造、交通運輸、石油、礦山、紡織、冶金、航空航天等領域得到應用。

珠光體數量對激光淬火的淬硬層深度的影響

取樣與制樣

在門內板凸模的圓角部位做激光熱處理，選擇硬度差異較大的部位作為研究樣本。

在鑄件型面淬火位置截取部分材料，如圖1 所示。(1)制取樣件為凸模大圓弧和凸模小圓弧位置共兩處，珠光體數量57%左右，如圖2 所示。(2)制取樣件凹模圓角表面微熔與不微熔，珠光體數量85%左右，如圖3 所示。

兩組試樣的宏觀硬度與深度表現

(1)實驗步驟與結果。

①淬火區域磨床磨削，每磨削0.05mm 測試一次硬度，直到硬度與基體硬度一致為止。

②繪制硬度降低曲線圖。圖4 為珠光體數量57%的試樣硬度與深度關系（表面有極小微熔狀態）。圖5 為珠光體數量85%的試樣硬度與深度關系（表面不微熔與表面微熔狀態）。

(2)結果。

①珠光體數量57%的試樣宏觀硬度測量達不到50HRC，不合格。

②珠光體數量85%的試樣宏觀硬度測量達到50HRC 以上，合格。

腐蝕截面，觀察硬度組織變化梯度

(1)珠光體數量57%的試樣100 倍視場。組織變化呈現三個區域分別為表層石墨轉化層、馬氏體層、基體珠光體，如圖6 所示。

(2)圖7 為珠光體數量57%的試樣500 倍視場。

由上圖分析：珠光體數量57%的基體，激光淬火后表層形成三個區域石墨轉化層、馬氏體層、基體珠光體。石墨轉化層中多鐵素體與石墨。這三個區域依次由外向內分布。深度約在1.3mm 左右。由于組織中淬火位置馬氏體數量不足，鐵素體過多，導致淬火位置硬度達不到要求。

(3)珠光體數量85%的試樣100 倍視場。

①表面不微熔試樣組織變化呈現兩個區域，分別是表層馬氏體和基體珠光體，如圖8 所示。②表面微熔試樣組織變化呈現三個區域，分別是表面微熔區、馬氏體和基體珠光體。其中表面微熔區是過熱部位含有萊氏體，如圖9 所示。

(4)圖10 為珠光體數量85%的試樣500 倍視場。

由上圖分析：珠光體數量85%的基體，激光淬火后表層形成兩大區域馬氏體和基體珠光體，表層過熱的部位馬氏體中雜有萊氏體和很少量碳化物。珠光體轉化成馬氏體比較充分。深度較大，淬火位置硬度達到要求。

試驗結論

(1)激光淬火的淬硬層深度與合金球墨鑄鐵中珠光體的數量有密切關系。

(2)珠光體數量大于80%時，容易淬火成功，形成馬氏體相。其深度在激光淬火參數調試正確時，在表層1mm 內硬度能達到50HRC 以上。表層有微熔的時候馬氏體中雜有萊氏體過熱組織。

(3)珠光體數量低于60%時，淬火不能成功。淬火區域硬度達不到50HRC。淬火區域中存在的鐵素體減少了馬氏體的數量，導致硬度達不到要求。

(4)淬硬層在達到一定的深度之后會突然消失，消失的邊界就是馬氏體數量急劇減少的位置。

(5)在激光淬火的操作中發現硬度不足的時候，除了要檢查合理的參數設置以外，可以檢測一下淬火區域的珠光體數量是否達到80%。這個條件不滿足，很難得到較深的淬硬層深度。