合金球墨铸铁中珠光体数量对激光淬火深度的影响

文/杨光明·上汽大众汽车有限公司

王志江·江苏合润汽车车身模具有限公司

轿车拉延模型面淬火热处理现在越来越多的采用激光淬火工艺。这种工艺的优点是速度快，效率高，变形小，缺点是淬硬层深度不足。有的铸件激光淬火硬度不足，淬硬层深度很浅，那么深度究竟能达到多少？是什么原因导致硬度不高，一直没有明确的结果。本次实验，采样硬度不足的样本和硬度合格的样本做比对，得出结论：模具型面上淬火区域珠光体数量对激光热处理硬度影响很大。当珠光体数量在80%以上后，50HRC 以上的硬度层深度能达到1mm 以上；而珠光体数量减少，硬度层深度也会减少。

激光淬火工艺

激光淬火

激光淬火又称为激光相变硬化，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间吸收光能并立即转化为热能，从而使激光作用区的温度急剧上升形成奥氏体，经随后的快速冷却，获得极细小马氏体和其他组织的高硬化层的一种热处理技术。

应用领域

尽管目前激光表面淬火技术的应用还不及传统热处理技术那样广泛和成熟，但由于其具有的独特优越性，正日益受到人们的重视，已经在机械制造、交通运输、石油、矿山、纺织、冶金、航空航天等领域得到应用。

珠光体数量对激光淬火的淬硬层深度的影响

取样与制样

在门内板凸模的圆角部位做激光热处理，选择硬度差异较大的部位作为研究样本。

在铸件型面淬火位置截取部分材料，如图1 所示。(1)制取样件为凸模大圆弧和凸模小圆弧位置共两处，珠光体数量57%左右，如图2 所示。(2)制取样件凹模圆角表面微熔与不微熔，珠光体数量85%左右，如图3 所示。

两组试样的宏观硬度与深度表现

(1)实验步骤与结果。

①淬火区域磨床磨削，每磨削0.05mm 测试一次硬度，直到硬度与基体硬度一致为止。

②绘制硬度降低曲线图。图4 为珠光体数量57%的试样硬度与深度关系（表面有极小微熔状态）。图5 为珠光体数量85%的试样硬度与深度关系（表面不微熔与表面微熔状态）。

(2)结果。

①珠光体数量57%的试样宏观硬度测量达不到50HRC，不合格。

②珠光体数量85%的试样宏观硬度测量达到50HRC 以上，合格。

腐蚀截面，观察硬度组织变化梯度

(1)珠光体数量57%的试样100 倍视场。组织变化呈现三个区域分别为表层石墨转化层、马氏体层、基体珠光体，如图6 所示。

(2)图7 为珠光体数量57%的试样500 倍视场。

由上图分析：珠光体数量57%的基体，激光淬火后表层形成三个区域石墨转化层、马氏体层、基体珠光体。石墨转化层中多铁素体与石墨。这三个区域依次由外向内分布。深度约在1.3mm 左右。由于组织中淬火位置马氏体数量不足，铁素体过多，导致淬火位置硬度达不到要求。

(3)珠光体数量85%的试样100 倍视场。

①表面不微熔试样组织变化呈现两个区域，分别是表层马氏体和基体珠光体，如图8 所示。②表面微熔试样组织变化呈现三个区域，分别是表面微熔区、马氏体和基体珠光体。其中表面微熔区是过热部位含有莱氏体，如图9 所示。

(4)图10 为珠光体数量85%的试样500 倍视场。

由上图分析：珠光体数量85%的基体，激光淬火后表层形成两大区域马氏体和基体珠光体，表层过热的部位马氏体中杂有莱氏体和很少量碳化物。珠光体转化成马氏体比较充分。深度较大，淬火位置硬度达到要求。

试验结论

(1)激光淬火的淬硬层深度与合金球墨铸铁中珠光体的数量有密切关系。

(2)珠光体数量大于80%时，容易淬火成功，形成马氏体相。其深度在激光淬火参数调试正确时，在表层1mm 内硬度能达到50HRC 以上。表层有微熔的时候马氏体中杂有莱氏体过热组织。

(3)珠光体数量低于60%时，淬火不能成功。淬火区域硬度达不到50HRC。淬火区域中存在的铁素体减少了马氏体的数量，导致硬度达不到要求。

(4)淬硬层在达到一定的深度之后会突然消失，消失的边界就是马氏体数量急剧减少的位置。

(5)在激光淬火的操作中发现硬度不足的时候，除了要检查合理的参数设置以外，可以检测一下淬火区域的珠光体数量是否达到80%。这个条件不满足，很难得到较深的淬硬层深度。