合金球墨鑄鐵中珠光體數(shù)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?yán)幽Ｐ兔娲慊馃崽幚憩F(xiàn)在越來越多的采用激光淬火工藝。這種工藝的優(yōu)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(dá)到多少？是什么原因?qū)е掠捕炔桓撸恢睕]有明確的結(jié)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(jié)論：模具型面上淬火區(qū)域珠光體數(shù)量對激光熱處理硬度影響很大。當(dāng)珠光體數(shù)量在80%以上后，50HRC 以上的硬度層深度能達(dá)到1mm 以上；而珠光體數(shù)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(zhuǎn)化為熱能，從而使激光作用區(qū)的溫度急劇上升形成奧氏體，經(jīng)隨后的快速冷卻，獲得極細(xì)小馬氏體和其他組織的高硬化層的一種熱處理技術(shù)。

應(yīng)用領(lǐng)域

盡管目前激光表面淬火技術(shù)的應(yīng)用還不及傳統(tǒng)熱處理技術(shù)那樣廣泛和成熟，但由于其具有的獨(dú)特優(yōu)越性，正日益受到人們的重視，已經(jīng)在機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、石油、礦山、紡織、冶金、航空航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

珠光體數(shù)量對激光淬火的淬硬層深度的影響

取樣與制樣

在門內(nèi)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(shù)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(shù)量85%左右，如圖3 所示。

兩組試樣的宏觀硬度與深度表現(xiàn)

(1)實驗步驟與結(jié)果。

①淬火區(qū)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(shù)量57%的試樣硬度與深度關(guān)系（表面有極小微熔狀態(tài)）。圖5 為珠光體數(shù)量85%的試樣硬度與深度關(guān)系（表面不微熔與表面微熔狀態(tài)）。

(2)結(jié)果。

①珠光體數(shù)量57%的試樣宏觀硬度測量達(dá)不到50HRC，不合格。

②珠光體數(shù)量85%的試樣宏觀硬度測量達(dá)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(shù)量57%的試樣100 倍視場。組織變化呈現(xiàn)三個區(qū)域分別為表層石墨轉(zhuǎn)化層、馬氏體層、基體珠光體，如圖6 所示。

(2)圖7 為珠光體數(shù)量57%的試樣500 倍視場。

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

(3)珠光體數(shù)量85%的試樣100 倍視場。

①表面不微熔試樣組織變化呈現(xiàn)兩個區(qū)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(xiàn)三個區(qū)域，分別是表面微熔區(qū)、馬氏體和基體珠光體。其中表面微熔區(qū)是過熱部位含有萊氏體，如圖9 所示。

(4)圖10 為珠光體數(shù)量85%的試樣500 倍視場。

由上圖分析：珠光體數(shù)量85%的基體，激光淬火后表層形成兩大區(qū)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(zhuǎn)化成馬氏體比較充分。深度較大，淬火位置硬度達(dá)到要求。

試驗結(jié)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(shù)量有密切關(guān)系。

(2)珠光體數(shù)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(shù)調(diào)試正確時，在表層1mm 內(nèi)硬度能達(dá)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(shù)量低于60%時，淬火不能成功。淬火區(qū)域硬度達(dá)不到50HRC。淬火區(qū)域中存在的鐵素體減少了馬氏體的數(shù)量，導(dǎo)致硬度達(dá)不到要求。

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

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