【摘要】：為了提升凸輪表面耐磨性,采用YLS-4000型光纖激光器通過不同的激光功率對基體材料45鋼表面進行激光淬火。通過SEM觀察激光淬火前后材料表面和界面形貌,金相顯微鏡觀察組織形貌,通過HVS-1000A型顯微硬度儀測試了試樣表面硬度,并測試了試樣的摩擦因數(shù)和磨損形貌。結果表明:淬火層界面顯微組織為淬火馬氏體及少量殘余奧氏體,在激光功率1 000~1 800 W時分別獲得淬硬層深度為0.3~0.8mm的單道熱影響區(qū);淬硬層硬度分布基本均勻,平均硬度約為547~765HV,比基體硬度提高了2~3倍,激光淬火后組織細化和形成大量馬氏體是硬度提高的主要原因;在一定激光功率范圍內(nèi)(1 200~1 800 W),激光淬硬層的抗磨損性能比基體有較大的提升,且當激光功率為1 600 W時能獲得最佳的磨損性能。
【圖文】：

ｃ）所示為試樣在不同激光功率淬火后界面微觀形貌。激光功率分別為１２００、１６００和１８００Ｗ時，其所對應的淬硬層深度分別為０．２、０．５和０．７ｍｍ，隨著激光功率的增大，淬硬層深度不斷增加。這是因為隨著激光功率增大，４５鋼表面單位面積所吸收的熱量增加，溫升越高，達到奧氏體轉變溫度（Ａｃ３）的范圍更廣，即淬硬層的深度越深。同時激光入射功率較大，淬火層和冷態(tài)基體之間的溫度梯度越大，冷卻速度越快，過冷奧氏體越容易轉變?yōu)轳R氏體，有利于形成較厚的硬化層。圖１不同掃描功率下淬火后試樣截面形貌Ｆｉｇ．１Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｑｕｅｎｃｈｅｄｓａｍｐｌｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｎｎｉｎｇｐｏｗｅｒｓ２．２淬火硬度縱向分布圖２為激光功率為１２００、１６００和１８００Ｗ時顯微硬度垂直于表面縱向分布曲線。在經(jīng)過光纖寬帶激光淬火后，各個功率下試樣表面的硬度均有很大的提升，最高硬度可達８６０ＨＶ以上，是基體硬度（約２４５ＨＶ）的３．７倍。在激光快速加熱和冷卻過程中，相變完成時間短，形成馬氏體和殘余奧氏體，晶體缺陷密度激增。晶粒細化和馬氏體的高位錯密度和高的碳固溶度可提高淬硬層的強度及耐磨性。但最大的硬度值并不出現(xiàn)在表層，而是出現(xiàn)在距表面約５０～２００μｍ之間的次表面。這是因為試樣表面的溫度過高，加熱后所形成的奧氏體晶粒較粗大，以至冷卻后所形成的馬氏體晶粒相對較粗，使得該區(qū)域的硬８７

大且受熱不均勻，導致奧氏體的含碳量不均勻，因此冷卻后產(chǎn)生的馬氏體含碳量不同，造成硬度分布不規(guī)律。同時激光功率過大，會使試樣表面熔化，產(chǎn)生粗大的馬氏體結構，表面硬度下降，這是當功率升為１８００Ｗ后，，表面硬度比功率為１６００Ｗ時有所下降的主要原因。在文獻［１１］中采用ＣＯ２激光器對４５鋼淬火，在功率３５００Ｗ時表面最高硬度為６５０ＨＶ，而光纖激光淬火功率為１６００Ｗ時表面最高硬度可達到９０６ＨＶ，這說明光纖激光淬火更大程度上提高４５鋼的硬度。圖２顯微硬度沿硬化層深度的分布Ｆｉｇ．２Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｈａｒｄｅｎｅｄｌａｙｅｒ２．３淬硬層的成分分析對激光入射功率為１６００Ｗ時試樣界面進行檢測，如圖３所示，選取３個區(qū)域００１、００２、００３進行ＥＤＳ分析。結果如表１所示，其含碳量從表面至基體呈現(xiàn)下降的趨勢，其作用機理為激光淬火后，自冷效應明顯，奧氏體中碳原子來不及排出便轉化為過飽和馬氏體，且越接近表面其溫度梯度越大。一般組織中含碳量高則硬度越高，從表面至基體含碳量呈逐漸下降趨勢，這是顯微硬度沿硬化層深度分布曲線變化的原因之一。圖３激光功率１６００Ｗ時４５鋼界面ＥＤＳ分析Ｆｉｇ．３ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅ４５ｓｔｅｅｌｉｎｔｅｒｆａｃｅａｔｌａｓｅｒｐｏｗｅｒｏｆ１６００Ｗ表１１６００Ｗ時淬硬層三區(qū)域成分表Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｚｏｎｅｓｏｆｔｈｅｈａｒｄｅｎｅｄｌａｙｅｒａｔ１６００ＷＥｌｅｍｅｎｔＵｎｉｔ００１００

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