基于扫描振镜的激光淬火温度特性模拟与实验研究

目的与传统激光淬火(CLQ)进行对比研究,获得使用飞行光路的振镜扫描式激光淬火(GLQ)的温度变化特性和规律。方法使用两种淬火方式对45钢进行表面处理,将组织形貌和硬度分布进行比较,并结合数值模拟,研究两种激光淬火方式的温度变化特性和规律。结果在相同的总能量输入、扫描区域和扫描时间下,两种淬火方式硬化层横截面形貌呈现巨大差异:CLQ试样硬化层深度为753.66μm,宽度为3787.21μm,横截面形貌为"月牙形";GLQ试样硬化层深度为256.61μm,宽度为5808.77μm,形貌为"均匀性更好的近似月牙形"。截面硬度分布相似:均为中间主体区域高(GLQ试样硬度810~900HV,CLQ试样硬度790~830HV),两侧边缘区域低(均约为760HV)。模拟结果表明,CLQ试样特征点激光辐照时长共1.25 s,温度从508℃变为1063℃,奥氏体相变时间为1.17 s;GLQ试样特征点激光辐照时长共0.628 s,温度从500℃变成718℃,其波峰温度奥氏体相变时间为0.38 s,波谷温度均保持在马氏体转变温度以上。沿激光扫描方向,GLQ的温度变化率比CLQ大1个数量级;垂直激光扫描方向,GLQ温度变化率比CLQ大2个数量级。结论GLQ具有温度变化率更大、升降温多次循环、热处理相变时间更短、热积累更小等特点,有望在薄层大面积淬火上获得应用。