激光淬火過程中 Lumasense Impac ISR 12 高溫計的關鍵作用

引言

激光淬火作為一種高效的表面強化工藝，在現(xiàn)代制造中扮演著重要角色。對于工程鋼材如 AISI 4140，通過激光快速加熱并自冷卻，能夠顯著提高表面硬度、耐磨性以及抗疲勞性能。然而，工藝過程中的多次熱循環(huán)可能引發(fā)復雜的相變動力學與殘余應力演變，其機理尚未明晰。因此，掌握在多循環(huán)激光淬火過程中的實時溫度變化，對于理解并優(yōu)化材料性能至關重要。

實驗目的

本研究旨在探討多循環(huán)激光淬火（multi-pass laser hardening）對 AISI 4140 鋼的組織演變、硬度分布及表面殘余應力的影響。具體目標包括：

• 分析不同熱處理狀態(tài)下（如淬火回火態(tài)、正火鐵素體-珠光體態(tài)、退火鐵素體-珠光體態(tài)），多次激光掃描對材料相變行為的影響。

• 明確多次激光掃描是否存在累積效應，如何影響表面殘余應力及硬化層深度。

• 探索通過調(diào)整激光功率、掃描次數(shù)，實現(xiàn)對材料性能的定向調(diào)控。

為實現(xiàn)上述目標，實驗需要精確監(jiān)控試樣表面的瞬時溫度分布及其動態(tài)變化。這正是高精度測溫儀器 Lumasense Impac ISR 12 在本研究中的核心作用。

Lumasense Impac ISR 12 的主要作用

Lumasense Impac ISR 12 是一款兩色高溫計（two-color pyrometer），基于不同波長紅外輻射比值原理，可在極短響應時間內(nèi)測量高溫物體的表面溫度，且對發(fā)射率變化不敏感。這一特性對于激光加工尤其關鍵，因為工件表面在受熱后常伴隨熔化、粗糙化及氧化，導致表面發(fā)射率波動。

在本實驗中，Lumasense Impac ISR 12 主要承擔以下任務：

• 實時測量表面峰值溫度，為激光工藝參數(shù)的設定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

• 捕捉快速熱循環(huán)中的 加熱速率 和 冷卻速率，用于分析奧氏體化及馬氏體轉(zhuǎn)變動力學。

• 計算 保溫時間（soaking time），進一步推導奧氏體-珠光體相變的積分轉(zhuǎn)變時間（Ima），為研究相變過程提供量化指標。

實驗設置該高溫計對試樣中心直徑約 2 mm 區(qū)域進行測量，采樣頻率高達 500 Hz，使研究團隊能夠精準記錄 1 至 16 次激光掃描過程中，溫度的瞬時變化與熱累積效應。

實驗結合與意義

通過 Impac ISR 12 提供的高時效溫度數(shù)據(jù)，研究揭示了多循環(huán)激光淬火中：

• 表面峰值溫度隨循環(huán)次數(shù)的上升趨勢，以及因表面粗糙化導致的吸收率提高。

• 多次熱循環(huán)引起的相變動力學變化，如奧氏體晶粒粗化與馬氏體硬度變化。

• 累積熱效應如何影響殘余應力由壓應力向拉應力轉(zhuǎn)變的潛在機制。

這為實現(xiàn) AISI 4140 鋼表面性能的定向設計與優(yōu)化，提供了關鍵實驗支撐與理論依據(jù)。

結論

Lumasense Impac ISR 12 在本研究中不僅是溫度監(jiān)測工具，更是解碼多循環(huán)激光淬火微觀相變與宏觀性能之間關系的關鍵橋梁。其高精度、快速響應與較低發(fā)射率依賴性，使實驗團隊能夠在極短時間尺度上捕捉到快速熱過程中的關鍵轉(zhuǎn)變信息，為今后激光表面處理工藝的精準控制與智能化奠定了堅實基礎。