高能激光在工业上的应用逐渐增加,激光表面热处理技术的发展是个很重要的原因。利用高能激光束扫描金属材料表面,金属表面薄层吸收激光辐射能量而迅速升温,很快便达到奥氏体温度区域,随着激光束离开金属表面,材料表面的热量依靠金属本身的热传导迅速向内部传递,以自激冷却的方式使金属表层达到极大的冷却速度,从而获得马氏体组织,这便是激光表面淬火工艺过程。激光表面淬火工艺最重要的特点是加热及冷却的速度极快,利于淬火层的晶粒显著细化,强化金属表层,使金属表面具有高的耐磨性能。淬火硬化层的硬度、有效硬化层深度、形貌及搭接区等的组织综合质量高是激光表面淬火欲达到的重要目的。然而激光表面淬火工艺的影响因素很多,导致实际操作中控制淬火质量的难度较大,激光热处理工艺的重复性及可移植性较差,从而制约了激光表面淬火技术在工业上的应用。为了强化激光加工技术的优势,促进其在工业上的应用,重要的是需要更好地认识和理解激光与材料相互作用的物理过程以及各工艺参数的影响,在此基础上确定激光淬火的主要工艺参数并对主要工艺参数结合设备进行试验和优化,再选择适当的方法对优化的相关激光淬火优化参数进行精确控制,从而实现良好的工业应用。本文使用3kWCO2激光器对优质碳素结构钢(20钢和45钢)以及Cr12MoV冷作模具钢进行激光表面淬火处理的工艺试验,研究了主要工艺参数(如激光功率、扫描速度以及搭接率等)对淬火质量(SEM形貌、金相组织、硬度及硬化层深度等)的影响作用。在实验的基础上,对表面淬火质量的影响因素进行分析研究,探求生产条件下工艺参数的选取方法,实现淬火工艺参数的优化。得到能够指导生产实践的有价值的工艺参数及控制质量的方法,促进激光表面淬火技术在结构钢和冷作模具钢的表面强化方向上的实际应用。经过对前述三种钢的单道扫描淬火工艺试验与分析,确定出了最佳工艺参数后,再以此参数进行多道扫描搭接试验,分析测定相关技术指标后得到各自的合理搭接率。通过以上工作,在重庆光机所的3kWCO2激光淬火设备上得出相关材料的最佳淬火工艺参数为:45钢优化参数为激光功率1350W,扫描速度1200mm/min,搭接率为20%;20钢的工艺参数应该在45钢优化参数进行基础上进行小的调整,使搭接率低于20%,或者稍降激光功率;Cr12MoV钢的激光功率为1500 W,搭接率不超过10%,亦可以采用无搭接的扫描方式。