激光相變強化的加熱方向雖然也相同，但表面溫度較高，而且加熱時間相對較長，可達0.2～0.25s，使得表層奧氏體中有更高的碳濃度，有更強的固溶強化效果。激光淬火冷卻方向卻與常規熱處理相反，是由里及表，里層溫度雖低，但冷卻速度最快，外層溫度雖高，有固溶強化優勢，但冷卻速度最慢，雖然里層碳濃度稍低，但畸變強化和彌散強化更強烈。這樣在硬化層內就形成了幾乎不變的硬度值分布。常規熱處理的冷卻方向是由表及里，表面的冷卻速度最快，由表及里冷卻速度逐漸降低，所以得到了由表及里硬度值下降的梯度分布

         齒輪模具激光表面強化技術，是指在數控環境下，利用高能量密度的激光束和涂料，或熔覆材料對齒輪或模具表面進行處理，改變其表層的組織或成分，實現表面相變強化或增強性修復的技術。

 

一.激光相變強化的金屬材料學

        所謂激光相變強化，是用激光束掃描工件，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點以上，受熱層在光斑移開時，由于工件基體的熱傳導作用使溫度瞬間進入馬氏體區或貝氏體區，發生馬氏體相變或貝氏體相變，完成相變強化過程。

 

       相變強化工藝具有表面質量好的優點，可根據不同材質、工件熱容量大小，以及激光處理工藝參數的不同，實現硬度、強化層深度可控。在傳統熱處理工藝中影響強化效果的技術因素，在激光相變強化中所起的作用發生了很大變化。

 

1.彌散強化和畸變強化

 

        當停止激光照射，金屬表面發生馬氏體轉變。在此工藝環境下形成的奧氏體，不管是表層，還是里層，奧氏體晶粒都沒有孕育長大的機會。

        彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相或貝氏體相，使組織具有晶格強化的同時具有彌散強化效果。而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格，比常規淬火有更高的缺陷密度。與此同時，殘余體也獲得極高的位錯密度，使金屬材料具有畸變強化效果，強度大大提高。

 

2.無氧化脫碳淬火

 

       在傳統熱處理中，工件在加熱過程中如沒有保護措施，便會發生氧化、脫碳現象，使工件的硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低。

       激光相變強化所使用的吸光涂料具有保護工件表面免遭氧化的性能。

 

3.激光強化的抗疲勞機理

 

       影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時間。磨損和疲勞在材料損傷過程中交互促進，磨損溝痕可成為疲勞裂紋的萌生點，加速疲勞裂紋的萌生，材料表面出現疲勞裂紋后，表面粗糙度嚴重惡化，磨損也將加劇。激光強化層具有較強的抗塑性變形和抗粘著磨損能力。

 

二.齒輪激光相變強化工藝技術

 

1.材料問題

 

　　齒輪宜采用中碳鋼，不宜采用低碳鋼。如果采用低碳鋼，齒輪的基體將沒有強度保證，降低彎曲疲勞強度。

 

2.原始狀態

 

　　齒輪的最佳原始狀態是調質狀態，具體操作可與齒輪毛坯鍛造后的消除應力熱處理相結合。鍛坯正火加高溫回火，獲得齒輪所希望的調質狀態，是低成本之路。

 

3.掃描方式

 

　　激光強化齒輪的掃描方式主要有周向連續掃描和軸向分齒掃描。

 

4.齒輪激光強化的預處理技術

 

　　合適的預處理是保證齒輪激光強化處理的關鍵之一，一直以來也是激光加工的難點問題。合理適用的預處理工藝，可以防止齒輪表面的淬火裂紋，降低表面燒損敏感性，保證激光處理后的齒面精度，增加淬硬層厚度。

 

5.無搭接技術和離焦差異問題

 

　　由于齒輪工況要求，齒輪表面硬化層要求沿齒廓合理分布，而齒輪的形狀特殊，另外齒輪節圓面不能有淬火帶搭接，因此，需要專用寬帶聚焦系統。此外，由于激光束對齒面的照射不能保證齒面不同部位均有相同的離焦量，選擇焦點的照射位置是保證齒面硬度分布合理的關鍵環節。