42CrMo鍛件激光淬火組織和硬度的研究

激光淬火是材料表面強化的重要方法之一，對金屬材料進行激光淬火處理時，由于激光對材料表面的快速加熱和冷卻作用，可在其表面獲得高碳含量的孿晶馬氏體、高位錯密度的奧氏體、索氏體和硬質碳化物等具有良好耐磨性能和耐腐蝕性能的組織，從而大幅提高材料的表面性能。現有的一些研究成果已揭示了激光相變淬火時功率和掃描速度的變化對硬化層深度、硬度的影響規律，但熔凝淬火工藝影響因素的研究還較少。熔凝淬火后表面會出現一定變形，但由于它能獲得較深的淬硬層，其應用前景也比較大。采用42CrMo鋼進行了激光熔凝淬火試驗，從激光功率和掃描速度分析了淬火后組織和性能的影響因素。

中國兵器科學研究院的技術人員采用YLS-3000型光纖激光器對42CrMo鋼進行表面熔凝淬火處理；淬火后在試樣中部用線切割機沿垂直于掃描方向截取試樣進行檢測；淬硬層顯微組織在ZEISSImager.A2m金相顯微鏡和日立S-3400掃描電鏡上進行觀察；硬度在國產小負荷維氏硬度計上測量，淬硬層深度采用維氏硬度法配合金相圖片確定。

試驗用鋼為42CrMo結構鋼，將其加工成20mm×20mm×10mm試樣；試樣基體硬度為310HV，材料表面粗糙度為3.0，淬火前用丙酮清洗試樣，試樣合金成分的質量分數為：0.54C，1.32Cr，0.39Mo,0.45Si,0.78Mn，Fe余量。

試驗結果表明：

激光熔凝淬火淬硬層深度隨激光功率的增大和掃描速度的降低而增大，隨激光功率的減小和掃描速度的增加而減小，其中激光功率對淬硬層深度的影響較大。

激光功率1500W，掃描速度200mm/min進行激光熔凝淬火，表面外觀質量較好，表層熔化區深約0.3mm，其硬度比內側稍低，淬硬層平均硬度約為660HV，平均深度約為2mm。由此可見，激光熔凝淬火比常規淬火的硬度約提高10%，對比發現大硬度值在離表面0.3mm附近，且隨著掃描速度的提高，硬度有所增加，增加范圍在6%左右。

熔凝淬火熔化區域中心會出現0.1～0.2mm的膨脹變形，邊緣出現0.1mm左右的收縮變形，進行熔凝淬火時需預留0.2mm的加工余量。原創文章如轉載，請注明出處。