53, 011402(2016)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2016《中国激光》杂志社
011402-1
38CrMoAl 表面 YAG 激光抛光技术研究
那 冉 陈 涛
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
摘要 激光抛光是一种 应用前途较广的 特 种加工技术,尤其适用于传统 方法难以加工的 高 硬度且尺寸较 小 的零件。
38CrMoAl 合金结构钢多用于制造高疲劳强度、高耐磨性、热处理后尺寸精确、强度较高的各种尺寸不大的渗氮零件,
如活塞螺栓和车床主轴等。利用激光技术可更加高效、环保的对 38CrMoAl 进行抛光加工。使用波长为 1064 nm 的
YAG 激 光器在 38CrMoAl 表面上进行激光微抛 光 实验,利用三维形貌仪测 量 了材料表面 粗 糙度 R
a
,结 合抛光前后 材
料表面微观形貌特征分析了激光电压、脉宽、离焦量等因素对该材料表面粗糙度的影响规律,并获得一个较为理想的
工 艺 参 数 ,即 在 激 光 聚 焦 面 上 方 3 mm 处 ,电 压 为 790 V、脉 宽 为 0.17 ms 时 ,抛 光 表 面 粗 糙 度 最 低 ,由 抛 光 前 的
142.02 nm 降至 79.10 nm,下降了 44.3%。
关键词 激光技术; 1064 nm 激光抛光; 表面粗糙度; 38 CrMoAl
中文分类号 TN249; TG176 文献标识码 A
doi: 10.3788/LOP53.011402
YAG Laser Polishing of 38CrMoAl Surface
Na Ran Chen Tao
Institute of Laser Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
Abstract Laser polishing is a special processing technology with prospect of application, particularly used for
processing small size parts with high hardness which can′t be achieved by conventional methods. 38CrMoAl has much
superiority including high surface hardness, high fatigue strength and good resistance to overheating resistance. And
it is widely used in mechanical machining, such as piston bolt and lathe spindles. 38CrMoAl can be polished by laser
in a more efficient and environmental way. 38CrMoAl is micro-polished by YAG laser (1064 nm). Surface roughness
of 38CrMoAl steel is analyzed by a three-dimensional topography instrument. Based on the surface morphology
characteristics before and after polishing, the better processing parameters of the voltage at 790 V, pulse duration
at 0.17 ms and the polishing position above the laser focal plane 3 mm are obtained. By using the micro-polishing
method, the surface roughness of the metal can be decreased from 142.02 nm to 79.10 nm which have fallen by 44.3%.
Key words laser technique; 1064 nm laser polishing; surface roughness; 38CrMoAl
OCIS codes 140.3390; 350.3390; 120.6660
1 引 言
激光抛光是一种新兴的抛光技术,其原理是:对金属而言,当红外激光(如 YAG 激光)辐射到金属材料表
面时 ,其激光光 子能量较小 ,在激光电磁波的作用 下,金属材料 中的自由 电子发生强 迫振动而产 生次波,接
着这些次波又发生了强烈的反射和较弱的透射,即自由电子通过碰撞将能量传递给晶格,实现能量的吸收
[1]
;
当激光在材料表面形成一定的热累积并且能量密度达到熔化阈值后,材料表面上的微观高峰位置到达熔点
而熔化,熔化部分受到重力和表面张力共同作用;因各处曲率半径不同,产生的表面张力梯度决定了其熔化
方向,即高峰向低谷方向流动,最终获得光滑平整的表面
[2]
。
38CrMoAl 为高级渗氮钢,从 材 料 特性看,具有许多 优 势,包括高表面硬 度、高疲劳强度、良好的耐热性
和耐蚀性,多用于制造高疲劳强度、高耐磨性、热处理后尺寸精确、强度较高的各种尺寸不大的渗氮零件,如
活气缸套、座套、底盖、活塞螺栓、检验规、精密磨床主轴、车床主轴、搪杆、精密丝杠和齿轮、蜗杆、高压阀门、
阀杆、仿模、滚子、样板、汽轮 机的调速器、转动套、固定套、塑料挤压机上的一 些耐磨部件
[3]
。如能用激光热
收稿日期: 2015-04-14; 收到修改稿日期: 2015-06-02; 网络出版日期: 2015-12-28
作者简介: 那 冉(1990—),女,硕士研究生,主要从事激光微技术方面的研究。E-mail: bessiefox@163.com
导师简介: 陈 涛(1970—),男,博士,教授,主要从事激光微技术方面的研究。E-mail: chentao@bjut.edu.cn