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采用感应预热的连续激光淬火(一)

编辑:感应加热设备
添加时间:2015-08-24 08:26:44 点击量:

     摘 要: 模拟了钢件采用激光束进行表面连续淬火的新方法。这种热处理方法采用传统的感应器对淬火零件进行预热,以便减小温度梯度及随后产生的被处理材料的机械应力。该工艺的数学模型采用 3D数值建立,其解法考虑了所有重要的非线性特性(被淬火钢的磁饱和曲线及其物理性能与温度的关系)。用典型的实例进行了说明,介绍了结果并进行了讨论。
 


0 引言
     钢件的激光表面淬火已经开发了多年,并在诸多工业领域获得了广泛应用。这种热处理工艺具有许多优点,例如可以有效地控制激光束运动的速度和方向及激光束的功率,可通过从工件表面向内部的热传递来实现快速冷却[1-2]。激光束传递的单位功率甚至比传统的感应加热所产生的功率大 6 个数量级。另一方面,表面极快的加热(和随后的极快冷却)会在被处理材料的表面层形成过大的不希望有的机械内应变和应力。
 
     为了抑制上述现象,采用了辅助工艺,就是对被加热工件较大的暴露部分进行感应预热。图 1 所示的是这种复合加热工艺的布局,图中感应器 - 激光器系统沿工件表面以缓慢的速度 v 移动。首先,用适当形状的感应器将工件预热到一定的温度(通常为 150 ~ 350 ℃),然后用激光束加热到 Ac3以上的奥氏体化温度,使工件获得均匀的奥氏体组织。通过控制冷却至低于马氏体转变开始温度 Ms 的时间(通常仅为几 s)来获得所需要的表面硬度。通常,硬度随着冷却速度的增大而提高。


 
图 1 采用感应加热的激光淬火
 
1 技术问题的提出
     要做的工作是,制订感应预热、激光加热和再次感应加热的复合加热工艺,在大型工件的平面上获得薄的硬化带。预热和后加热都是由适当形状的感应器完成,感应器处于工件表面上方一规定的距离并缓慢移动。与感应器装置牢固连接的激光器顶端固定在两个感应器之间,并与感应器一起移动。
 
     本文介绍了这一工艺的数学模型,并绘制了激光束扫描行程中温度随时间的变化图。
 
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