齿轮的激光热处理

荣烈润撰写，朱光明整理

齿轮的激光热处理

荣烈润撰写，朱光明整理

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齿轮运转中两齿面在相交线处产生滑移挤压，齿面接触处承受脉冲接触应力，而在齿根则受周期弯曲应力，因此其主要失效形式为：齿面疲劳点蚀及齿根疲劳折断。为了提高齿轮齿面的承载能力，延长使用寿命，必须对齿轮进行表面硬化处理。

普通的齿轮硬化处理工艺有：表面化学热处理、感应表面淬火和火焰表面淬火等，但是这些工艺存在如下缺陷：处理后变形大及不易获得沿齿廓均匀分布的硬化层。激光热处理（见图1）由于不仅具有淬火后材料晶粒细化、位错密度高，而且由于可以精确控制热处理区域（激光聚焦点微小）。所以热处理后工件变形小，不需后续的精加工工序，可以有效地用于齿轮淬火处理。

齿轮淬火处理按扫描方式可分为轴向螺旋扫描和轴向分齿扫描。此外，齿轮激光淬火按照单个齿面淬火带有无搭接，可分为搭接扫描和无搭接扫描两种。

齿轮激光热处理的工艺参数包括：激光功率、激光束尺寸、激光束偏置量、激光扫描速度和入射角等。另外，在激光淬火处理齿轮时一般尚需采用辅助冷却技术，原因有两点：一方面由于点的热容量小，散热条件差，难以满足激光处理自淬火的需求，采用冷却技术可以保证齿面的冷却速度达到临界冷却速度，增加硬化层厚度；另一方面可以防止淬火过程中热量从被处理齿面传到已处理齿面，引起回火。

图1

激光是一门高能技术，应用领域很广。激光热处理的关键技术有三点：高功率的激光器，与计算机配套的多自由度加工设备，适用于不同应用场合的激光淬火工艺。我国在这些方面均已经取得了很快的发展，为激光热处理技术的推广创造了条件。但是激光热处理技术在我国应用推广宣传不够，缺乏实践，还存在不同程度的神秘化和偏见。齿轮的激光热处理技术是激光加工技术的成熟应用之一（另一个成熟应用为：发动机气缸套内壁的激光淬火，见图1），激光热处理几乎可以解决金属表面热处理的所有问题。在汽车、机车、农机等修理行业中，激光热处理已经取得非常好的应用效果。激光加工技术，特别是激光热处理技术的发展及应用必将加速我国的激光产业化的进程。

图2

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该篇文章是本刊编辑特邀荣烈润撰写，着重于在齿轮行业推广激光热处理技术。本文已于2015年3月20日分享在“热处理生态圈”订阅号上，受到广大粉丝关注！

荣烈润，原中国航空精密机械研究所，高工。