路径: 主页 > GB/T > 第343页 > GB/T 18683-2025 | 标准编号 | GB/T 18683-2025 (GB/T18683-2025) | | 中文名称 | 钢铁件激光表面淬火 | | 英文名称 | Laser surface hardening of iron and steel parts | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J36 | | 国际标准分类 | 25.200 | | 字数估计 | 18,156 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2026-03-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 18683-2002 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 18683-2025: 钢铁件激光表面淬火
ICS 25.200
CCSJ36
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 18683-2002
钢铁件激光表面淬火
2025-08-29发布
2026-03-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 工件材料及原始状态 2
5 激光淬火设备 3
6 激光淬火工艺规范 4
7 质量检验 5
8 安全防护 7
9 记录 7
附录A(资料性) 常用激光器及特点 8
附录B(资料性) 常用吸光涂料 9
参考文献 10
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件代替GB/T 18683-2002《钢铁件激光表面淬火》,与GB/T 18683-2002相比,除结构调整
和编辑性改动外,主要技术变化如下:
a) 增加了术语“搭接率”“表面淬火硬化层深度”“表面淬火总硬化层深度”“表面淬火硬化层宽度”
及其定义(见3.4~3.7);删除了术语“相变硬化区”“热影响区”“表面最低硬度”“硬度极限”“有
效硬化层深度”“有效硬化层宽度”“总硬化层深度”“总硬化层宽度”及其定义(见2002年版的
3.4~3.11);
b) 更改了常用激光淬火工件的材料牌号(见表1,2002年版的附录A);
c) 更改了激光淬火设备的要求(见5.1~5.7,2002年版的5.1、5.1.1~5.1.4);
d) 增加了工艺制定原则要素和工艺参数确定方法,将“搭接系数”更改为“搭接率”,并更改了相应
计算公式(见6.1.2、6.2、6.4、6.5,2002年版的5.3.1、5.3.3、5.3.4);
e) 更改了工件表面预处理方法(见6.3,2002年版的5.2);
f) 更改了质量检验项目及要求(见7.1~7.7,2002年版的6.1、6.3~6.6),删除了对“表面粗糙度”
和“硬度分布”的检验(见2002年版的6.2、6.3.2),删除了“显微硬度测量法”和“显微组织测量
法”(见2002年版的6.5.1、6.5.2、6.6.1、6.6.2);
g) 删除了“仲裁方法”及相关内容(见2002年版的6.7);
h) 更改了“记录”相关内容(见第9章,2002年版的5.4)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国热处理标准化技术委员会(SAC/TC75)提出并归口。
本文件起草单位:浙江工业大学、中国机械总院集团北京机电研究所有限公司、中车工业研究院(青岛)有
限公司、温州大学、中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司、江苏丰东热处理及表面改性工程
技术研究有限公司、中国石油大学(华东)、南京辉锐光电科技有限公司、西南交通大学、苏州热工研究院
有限公司、中特泰来模具技术有限公司、湖南南方宇航高精传动有限公司、中交上海航道局有限公司、
济南重工集团有限公司、四川远方高新装备零部件股份有限公司、浙江天马轴承集团有限公司、江苏神
盾工程机械有限公司、浙江中数激光装备有限公司。
本文件主要起草人:姚建华、徐跃明、李俏、王聪、陈希章、史有森、张群莉、陈智君、潘邻、李美艳、
齐欢、王文健、董海涛、卢伟炜、邱荣春、尹家春、孟晓宁、张誉川、马伟良、黄李文、张伟丰、张寅林、韩彬、
吴志玮、丁昊昊、陈晨、周枳岍、辛龙、陈懿。
本文件于2002年首次发布,本次为第一次修订。
钢铁件激光表面淬火
1 范围
本文件规定了激光表面淬火的工件材料及原始状态、激光淬火设备、工艺规范、质量检验、安全防护
和记录。
本文件适用于采用激光对钢铁件表面淬火。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 1958 产品几何技术规范(GPS) 几何公差 检测与验证
GB/T 3864 工业氮
GB/T 4340.1 金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法
GB/T 4842 氩
GB/T 5617 钢件表面淬火硬化层深度的测定
GB/T 7232 金属热处理 术语
GB 7247.1 激光产品的安全 第1部分:设备分类和要求
GB/T 9443 铸钢铸铁件 渗透检测
GB/T 9444 铸钢铸铁件 磁粉检测
GB/T 10320 激光设备和设施的电气安全
GB/T 10610 产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 评定表面结构的规则和方法
GB 15735 金属热处理生产过程安全、卫生要求
GB/T 38762.1 产品几何技术规范(GPS) 尺寸公差 第1部分:线性尺寸
3 术语和定义
GB/T 7232和GB/T 5617界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
以激光为能源,以极快的速度加热工件表面的自冷淬火。
3.2
激光功率密度 laserpowerdensity
作用于工件表面单位面积上的激光束功率。
注:单位为瓦特每平方厘米(W/cm2)。
3.3
扫描速度 scanningspeed
单位时间内激光光斑相对于工件移动的距离。
注:单位为毫米每秒(mm/s)。
3.4
搭接率 overlapratio
相邻2道激光光斑的搭接宽度与激光光斑宽度的比值。
3.5
在技术要求的区域内从工件表面到规定界限硬度处的最小垂直距离。
注:界限硬度为A×HV(技术要求的最低表面硬度),通常A=0.8。
3.6
在技术要求的区域内从工件表面至与基体具有相同硬度分界处的最小垂直距离。
3.7
与激光扫描方向垂直的工件表面或规定深度处两侧界限硬度间的距离。
4 工件材料及原始状态
4.1 工件材料
常用激光表面淬火材料见表1。
表1 常用激光表面淬火材料
类型 典型牌号 参考文件
碳素结构钢 40、45、50、55、60、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、70Mn GB/T 699
合金结构钢 16Mn、20CrMnTi、40Cr、50Cr、35CrMo、42CrMo、40CrMnMo、50CrNi GB/T 3077
碳素工具钢 T7、T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13
合金工具钢 9SiCr、5CrW2SiV、Cr2、9Cr2
模具钢 CrWMn、4Cr5MoSiV1、Cr12MoV、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo
GB/T 1299
轴承钢 GCr15、G102Cr18Mo、GCr15SiMn
GB/T 3086
GB/T 18254
弹簧钢 65、70、85、65Mn、70Mn、55SiMnVB、56Si2MnCr、50CrV、55CrMn、60Si2Mn GB/T 1222
高速钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W12Cr4V5Co5 GB/T 9943
不锈钢 20Cr13、30Cr13、40Cr13、32Cr13Mo、14Cr17Ni2、95Cr18、90Cr18MoV GB/T 1220
球墨铸铁
QT400-15、QT400-18、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、
QT900-2
GB/T 1348
灰口铸铁 HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350 GB/T 9439
可锻铸铁 KTH300-06、KTH350-10、KTZ450-06、KTZ550-04、KTZ650-02、KTZ700-02 GB/T 9440
蠕墨铸铁 RuT260、RuT300、RuT350、RuT380、RuT400、RuT450、RuT500 GB/T 26655
4.2 原始状态
4.2.1 激光淬火前工件表面应干燥、无油污、无锈蚀、无毛刺、无氧化皮。
4.2.2 应根据工件的材料、成分和工件的用途及性能要求,选择适宜的退火、正火或其他热处理作为预
备热处理。
5 激光淬火设备
5.1 设备组成
激光淬火设备由激光器、导光系统、激光头、承载工件的运动平台、控制模块以及辅助装置组成。
5.2 激光器
常用激光器有半导体激光器、光纤激光器、CO2 激光器、碟片激光器和YAG激光器等。激光器应
能准确显示激光输出功率。功率显示器或外部功率计应定期进行检定。
对工件进行淬火时激光器的输出功率、激光波长、光束模式等参数应满足工件的技术要求。
常用激光器及特点见附录A。
5.3 导光系统
导光系统包括光闸、可见光同轴瞄准、光束传输及转向等装置,必要时可配置扩束望远镜等模块。
导光系统的最大承受能力不应低于激光器最大输出功率。应定期对导光系统进行清洁和维护。
5.4 激光头
激光头包括接口、准直、光束形状变换、聚焦等部件,其最大承受能力不应低于激光器最大输出功
率。如有必要,可在激光头上安装测温传感器、监控摄像头等。
5.5 运动平台
激光淬火时可根据工件的形状选择适宜的自动运动机构、数控加工机床、多轴机器人和其他相关设
备。运动平台的承载能力应大于工件重量并且能牢固夹持工件,运动过程不应有明显抖动,运动精度应
满足工件淬火要求。
5.6 控制模块
控制模块由独立的软硬件组成,可兼用于运动平台的控制器。
控制模块应具有故障监测及紧急停止功能。当激活紧急停止功能时,应能同时停止激光器、运动平
台等相关设备。
5.7 辅助装置
为确保激光淬火过程中操作人员、现场环境和主要设备的安全,应配置必要的辅助装置,包括:
a) 防止激光直接辐射或经工件反射、漫反射到人员身体及眼内造成伤害的防护装置;
b) 用于减少激光淬火过程中产生的烟雾、粉尘等的空气净化装置;
c) 为保障设备的工作温度通常配备水冷装置,水冷装置的制冷量应满足设备在最大功率下长时
间工作;如有需要,水冷装置可采用双温双控的多路输出。
激光淬火时,可用激光器指示光或其他装置产生的可见光进行对准,以确定扫描光束在被处理工件
表面的行走路径。
6 激光淬火工艺规范
6.1 工艺制定原则
6.1.1 根据激光淬火设备、工件材料、表面状态及硬度、相变硬化区及热影响区深度、处理前后的显微
组织等技术条件,选择激光淬火工艺参数。主要参数包括激光器输出功率、光斑面积和扫描速度。
激光表面淬火硬化层深度与主要工艺参数的关系见公式(1):
H ∝
SV
(1)
式中:
H ---激光表面淬火硬化层深度,单位为毫米(mm);
P ---激光器输出功率,单位为瓦特(W);
S ---光斑面积,单位为平方毫米(mm2);
V ---扫描速度,单位为毫米每秒(mm/s)。
6.1.2 当激光淬火区域的尺寸较宽时,采用搭接方式处理。搭接率一般取5%~40%为宜,并按公式
(2)计算:
η=
W1
W0×
100% (2)
式中:
η ---搭接率;
W1---光斑搭接宽度,单位为毫米(mm);
W0---光斑宽度,单位为毫米(mm)。
有条件时可采用宽光斑淬火,以减少搭接次数。
6.2 工艺参数的确定
激光淬火工艺参数通常按以下方法及步骤确定:
a) 根据工件的材料确定激光功率密度,一般为103 W/cm2~105 W/cm2;
b) 根据激光器技术参数及工件淬火区域的几何形状确定光斑尺寸,总硬化层宽度应覆盖需淬火
的区域;若淬火区域较大,可采用宽光斑或多道搭接方式;
c) 根据光斑尺寸及激光功率密度确定激光功率;
d) 根据工件的表面硬度和硬化层深度要求确定扫描速度;
e) 一般采用自冷却方式进行淬火,若有特殊要求时,可采用水、气及其他冷却介质进行冷却;
f) 若有防止表面氧化等要求时,可采用氮气或氩气等气体进行保护,氮气应符合GB/T 3864的
规定,氩气应符合GB/T 4842的规定;
g) 根据首件工件或模拟试件检验结果调整初定的工艺,直至满足工件技术要求。
6.3 工件表面预处理
在确定工艺参数时宜考虑工件的表面条件,必要时做以下处理:
a) 工件表面采用干燥、清洗、机械加工进行预处理,确保工件对激光吸收的一致性;
b) 对激光能量吸收能力较弱的工件,淬火前在其表面预置一层有较高激光吸收能力的覆层,一般
涂覆含有吸光物质的涂料(见附录B)。覆层应均匀并能完全覆盖淬火部位。
6.4 程序编制及运行
程序编制及运行应在工件固定和定位后进行,其基本要求如下。
a) 应根据工件待淬火表面的几何形状和制定的工艺参数编制自动化程序。
b) 首件工件淬火前,应在程序指令中关闭激光出光指令并打开指示光后进行试走。
c) 程序的扫描轨迹应完全覆盖工件要求的激光淬火部位。若程序的扫描轨迹超出淬火要求区域
时,应征询客户,经同意后方可实施。
d) 试走程序时宜关闭保护气、冷却液、除尘设备等指令。在确认安全的情况下,可提升自动化程
序的扫描速度实现快速试走。程序试走完毕后应打开所有关闭的指令。
e) 自动化程序编制还宜考虑轨迹优化,以提高激光淬火效率。
6.5 首件检验
首件检验通过后,方可对工件进行批量激光淬火。首件检验项目包括:
a) 工件表面是否有外观缺陷,如对工件激光表面淬火区的亮泽、纹理、色差等有规定时,是否满足
工件表面的技术要求;
b) 淬火区域的形状和尺寸是否满足要求;
c) 工件尺寸精度是否满足要求,如表面粗糙度、形位公差等;
d) 工件的表面硬度和硬度分布是否符合要求,如有搭接,搭接区域的硬度应不低于工件的技术
要求;
e) 若首件检验具备破坏性试验条件时,可对工件进行解剖,检验其显微组织、表面淬火硬化层深
度与宽度、硬度、均匀性等是否满足工件的技术要求。
7 质量检验
7.1 外观
7.1.1 若表面涂覆了吸光涂料,可通过清洗或抛光去除涂覆层后进行外观检验。
7.1.2 目视或用低倍放大镜观察,激光淬火区域不应有裂纹、伤痕、蚀坑及其他影响使用的缺陷。
7.1.3 激光淬火发生的变形应符合工件的技术要求。
7.1.4 如激光淬火为最终工序,工件表面不应有熔化现象。表面淬火后需要进行磨削加工的工件,其
熔化层深度不应超过后序加工余量。
7.2 无损检测
经激光淬火后的铸钢或铸铁件可按GB/T 9443或GB/T 9444进行渗透或磁粉检测,也可按产品
图样及有关技术文件规定由供需双方协商检测方法。
7.3 产品几何尺寸
工件经激光表面淬火后可按GB/T 1958、GB/T 10610或GB/T 38762.1检测验证几何尺寸。
7.4 表面硬度
工件的表面硬度采用维氏硬度计按GB/T 4340.1进行检验,载荷宜采用9.8N~98N。如表面淬
火硬化层深度小于0.2mm,硬度计载荷不宜超过29.4N。对铸铁等基体存在不均匀组织的工件,激光
表面淬火后可用小于1.96N的负荷测量表面硬度。如硬化深度较深时,也可采用洛氏硬度试验方法进
行硬度检测,但压痕深度不应超过硬化层深度。
7.5 金相检验
7.5.1 取样
所选取的金相试样应具有代表性,宜考虑试样切取部位和被检测面的取向。
对需检测激光淬火硬化层深度、硬化区的显微组织及晶粒度,应取垂直于激光扫描方向上且同时垂
直于工件表面的横截面作为测试面。
无法直接取样的工件,可用与工件相同材料、相同厚度、相同原始状态、相同预处理方法、相同激光
淬火和相同后处理条件的试样代替。
对于厚度大于10mm的工件,可采用小厚度试样代替,代替试样的厚度不应小于10mm。
取样时应防止受热或外力作用引起组织变化。
7.5.2 制样
应根据工件的形状和尺寸,选择不同的方法制作金相试样(镶嵌或夹板夹持),并根据不同材料采用
适当的化学试剂显示其组织。
当采用砂轮切割机取样时,切口断面应先磨削去除厚度大于0.5mm的表层,然后制备金相磨面。
试样在制备过程中不应改变原有的金相组织及硬度,尽可能减少硬化层表面的磨削量,避免边缘形
成圆角。
7.5.3 显微组织
工件经激光表面淬火后,其硬化区通常具有和常规淬火相似的组织结构和组成相,但组织更加细
小、弥散。
7.6 表面淬火硬化层深度
7.6.1 对于单道扫描淬火,应根据技术要求或双方协商的硬化层宽度位置,在硬化层宽度边缘位置沿
垂直于表面的方向进行一条硬度试验,如图1a)所示。
7.6.2 对于多道搭接淬火,若在显微镜视野中能明显观察到搭接区域表面淬火总硬化层深度比其他部
位更小时,还应在搭接区域中心进行一条硬度试验,如图1b)所示。
7.6.3 表面淬火硬化层深度应按照GB/T 5617进行测量。最小表面淬火硬化层深度作为工件表面淬
火硬化层深度,最小表面淬火总硬化层深度作为工件表面淬火总硬化层深度。
a) 单道扫描 b) 多道搭接扫描
标引符号说明:
W ---技术要求的硬化层宽度;
d1 ---工件表面至淬火硬化层硬度测试第1个压痕的距离;
Δd ---两相邻硬度压痕中心的距离。
图1 表面淬火硬化层深度测试示意图
7.7 表面淬火硬化层宽度
从技术要求规定硬化层宽度的中部位置开始,沿着与激光扫描方向相垂直方向的上表面或技术要
求规定的深度处进行硬度测量,以硬度值为纵坐标,以沿垂直于扫描方向的距离为横坐标,绘制出图2
所示的硬度分布曲线,根据曲线上界限硬度值所对应的坐标差值确定表面淬火硬化层宽度。
标引说明:
1 ---硬度梯度;
2 ---界限硬度。
x ---垂直于扫描方向距离;
y ---硬度值;
W---硬化层宽度。
图2 硬度分布曲线
两相邻硬度压痕之间的距离(Δd)应不小于压痕对角线长度的2.5倍。当硬化层宽度较大时,Δd
可适当增大,但在界限硬度处附近仍采用较小的Δd。
8 安全防护
激光淬火操作人员在作业过程应使用个人防护用品。根据激光波长及输出功率参数等选择匹配的
防护眼镜、防护手套及防护服等。
激光设备和设施的安全及防护应符合GB 7247.1、GB/T 10320或GB 15735的规定。
9 记录
激光表面淬火工艺记录至少应包含以下内容:
a) 工件信息,包括供货厂家、工件名称、材料、原始状态、技术要求、工件形状及处理部位要求,如
有需要,可附技术图纸;
b) 工艺规范信息,包括表面预处理、激光表面淬火工艺参数、自动程序、后处理;
c) 生产信息,包括批次、操作人员信息;
d) 工艺验证信息,包括检验员、检测数据、检验结论;
e) 产品质量检测信息,包括抽检原则、抽检频次、抽检方法。
产品记录应完整、准确,并由相关人员签名,其保存期限至少3个月。
附 录 A
(资料性)
常用激光器及特点
激光淬火常用激光器及特点见表A.1。
表A.1 常用激光器及特点
激光器类型 激光器特点
CO2 激光器
通常利用硬光路,体积大、结构复杂,使用寿命较短,易实现均匀的大光斑;若不预置吸光涂料,工
件材料的激光吸收率较低
半导体激光器
通常利用光纤输出,体积小、重量轻,使用寿命长,便于......
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