原始组织对W9Mo3Cr4V钢激光淬火的影响

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激光热处理的加热速度极快，没有保温时间，激光每扫描一遍，就可以实现一次淬火，而且只要表面黑化膜不失效，不发生表面熔化现象，不必担心表面氧化或变形，可实现多次淬火。因此钢的原始组织状态，激光淬火次数必然会影响淬火效果，即表面硬度和硬化层的硬度分布。本文利用退火态的W9Mo3Cr4V高速钢进行激光淬火正交试验，优选出最佳工艺参数，来研究不同的原始组织对激光淬火的影响。 % |' B9 N: q, Q, \: C \' b. Z# F

1 试验材料，设备及方法

1．1试验材料

    试验材料为W9Mo3Cr4V钢带，试样尺寸30×30×2(mm)，原始状态有三种：退火状态，淬火状态和淬火加回火状态。预先热处理均采用常规典型工艺，试样表面黑化处理均采用自制的碳素涂料。

1．2试验设备 / X0 }% p C& K9 a6 T9 F' g/ A% Q

    激光设备采用JL6A型横流连续CO₂激光器，激光波长10.6μm，激光束为多模，实用功率为1000w。配有导光系统的移动式淬火机床，JCJF-1型CO₂微功率监测反馈器和JCW-84-1型CO₂激光功率模式显示器。 M8 H* S, d$ Z7 m v

1．3试验方法

    首先选用激光束的能量密度ω(J/cm²)，功率密度ρ (w/cm²)和淬火次数n作为激光淬火的三个工艺参数，同时作为正交试验的三个参数，并将功率密度ρ和能量密度ω换算为两个可操作的工艺参数：激光束点的功率p(w)和扫描速度v，建立L9(34)正交试验方案，采用退火态试样经9次试验，以激光淬火层的表面硬度，激光淬火层的深度，激光淬火层的宽度，试样表面不熔化作为测试指标，优选出最佳工艺方案为：能量密度ω=2000J/cm²、功率密度ρ=5500 w/cm²、淬火次数n=2，利用此工艺参数分别对三种不同原始组织的W9Mo3Cr4V钢试样，在完全相同的工艺条件下进行激光淬火，然后测出淬硬层的硬度分布。 6 O. G& [. Z0 C' O2 n

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高速钢激光淬火

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2．试验结果与分析 ) [0 E! `3 S& D" a9 x# p

2．1原始组织的影响 . F: H/ }( I0 {3 ?

三种不同原始组织的W9M03Cr4V钢试样经激光淬火后，淬硬层硬度值见表1，硬度曲线如图1。

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    由图可见，原始回火态的高速钢激光淬火效果最好，硬化层最深，表层硬度最高，距表面301μm处的显微硬度值为1110HV_0.2，在表面淬硬层与心部之间出现一个硬度谷，谷底位于表面以下400μm处，谷底硬度大于780 HV_0.2。显然，这是由于过度回火造成的。

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原始淬火态的高速钢激光淬火层的硬度分布恰好相反，在200μm厚的表层中出现低硬度平台，显微硬度低于900 HV_0.2。这是残余奥氏体过多造成的。而在低硬度层和心部之间却出现一个硬度峰，峰顶位于表面以下400μm处，峰值硬度约为1110HV_0.2，这是回火造成的二次硬化峰。 / n9 r' y% ]# L2 S* G

    原始退火态的高速钢激光淬火的效果最差。尽管表面硬度可达1030HV_0.2，但是硬度下降很快，有效硬化层很薄，并在距表面以下400μm处转为心部原始硬度。 - G* W$ t+ C; @9 @0 i. |

    三条曲线都在距表面400μm处发生明显转折，因此可以推断，距表面距离大于400μm以后在激光加热的时候没有达到临界点以上，只是发生回火而已。因此，原始回火态的发生过度回火，原始淬火态的发生二次硬化，原始退火态的则没有变化。

    由于激光加热速度极快，而且没有保温时间，立即自冷淬火，因此，希望原始组织具有弥散均匀的碳化物，而不希望具有粗粒难熔的碳化物。所以淬火回火态的高速钢最适宜激光淬火，而退火态的则不适宜，至于淬火态的高速钢，激光淬火后可避免次表层出现硬度低谷，而且能出现二次硬化峰，这一优点也有可利用的价值。 4 D, v! h O# M# Q: f

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3  结论 & D2 F9 z: |$ [5 f" F

(1)W9M03Cr4V高速钢的原始组织对激光淬火后淬硬层硬度及硬度分布有较大的影响。 . X/ I3 D3 {" l

(2)原始组织为淬火加回火态的W9M03Cr4V钢激光淬火后表面硬度高，有效硬化层深，硬度梯度平缓，效果最好。 5 h4 L5 F. d# e) G

(3)原始组织为淬火态时表层硬度较低，次表层硬度最高，没有硬度低谷出现，也有一定利用价值。 3 U/ v, }0 w# \2 r, }4 B4 p) B8 u. H1 |

(4)原始组织为退火态表面硬度虽然较高，但硬度梯度太陡，有效硬化层浅，效果最差。