发动机转子的激光热处理工艺探讨

摘 要：发动机转子属于精密加工件，公差带范围很小，表面清洁度要求高，激光热处理由于实现了自淬火和自回火，能满足零件的高清洁度、变形量小的要求，能很好的满足零件服役条件和客户要求。

关键词：激光热处理;清洁度;变形量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.021

0 前言

发动机转子属于精密加工件，公差带范围很小，表面清洁度要求高，如果用传统的高频感应淬火，變形量约为0.03-0.05mm，而且由于要淬冷却介质和回火，表面清洁度会受到影响，甚至经常发生表面发黄和生锈，影响产品色差美观和交付使用。改用激光淬火后，发动机转子激光淬火变形量很小，不影响产品精度等级。其硬化层组织由淬硬层、过渡层和基体组成，获得了理想的硬化层分布形式。由于实现了自淬火和自回火，很好的解决了这些问题。转子简图见图1。

1 技术要求

（1）表面硬度：600-750HV1。

（2）硬化层深度：SHD 500HV1=0.300.7mm（截止HV1500硬度，硬化层厚度为0.3-1.0mm）。

（3）心部硬度：<400 HV1。

（4）金相组织：回火马氏体，JB/T 9204-2008  3-6级。

2 材料化学成分

3 激光热处理工艺

为了研究激光淬火扫描速度对淬火硬化层深度的影响，做了如下实验，具体工艺参数如表2所示：

4 试验结果

（1）硬度检测：零件按图1所示切割，镶嵌后试样如图2，检测位置如图2所示，A，B，C，D四个淬硬区检测位置相同。硬化层深度用硬度法测定，显微组织等级依据JB/T 9204-2008评定。

表3 1#工艺维氏硬度检测数据

表4 2#工艺维氏硬度检测数据

表5 3#工艺维氏硬度检测数据

激光淬火扫描速度对应的淬火硬化层深度如表6（单位：mm）：

由此可见1#工艺和2#工艺都能满足硬化层深度要求，从节能和生产节拍考虑，决定采用2#工艺。

（2）金相检测：把2#工艺的样件抛光腐蚀，A，B，C，D位置金相组织分别为图3、图4、图5、图6，用4%的硝酸酒精腐蚀，显微镜为蔡司显微镜，显微组织等级依据JB/T 9204-2008评定。回火马氏体组织为3-4级。

5 工艺分析

由于激光的可控性特别好，可以精确的对选择的表面进行淬火，所以硬化带面积变小，变形量非常小，而且因为激光光束能量集中，加热区温度上升极快，其热量来不及传导到加热区周围冷的金属上，致使周围冷的基体金属起到了超强冷却介质的作用，从而获得淬火效果。常规淬火时的水淬冷却速度约为600℃·S-1，激光加热淬火时，由于功率密度高，加热时间短，根据计算，激光的冷却速度可达每秒数千度以上，所以它不需要其他冷却介质，无污染问题[1]。

淬火结束后，由于余热，表面硬化区温度在160℃以上，持续时间达5-10分钟，由此零件实现了自回火，所以转子激光淬火后，不需要专门进行回火，节能效果显著。

45#钢激光淬火后，在200℃以下回火，硬度值无变化，这说明激光淬火时，已有一个自回火过程。

6 结论

激光热处理能很好的满足零件服役条件和客户要求，由于实现了自淬火和自回火，能满足零件的高清洁度、变形量小的要求，有很好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]曹明翠，郑启光，陈祖涛，程祖海.激光热加工[M].华中理工大学出版社，1995年6月第一版，第八章第321页.

作者简介：邱光明（1984-），男，浙江永嘉人，本科，中级工程师，研究方向：热处理工艺开发。