齒輪是機械設備傳動系統中應用最為廣泛數量極大的通用機械零件，在使用過程中易產生疲勞點蝕、膠合、斷齒等失效現象。齒輪表面質量的好壞直接影響傳動部件的質量和壽命，因此為了有效提高齒輪的承載能力，延長其使用壽命，通常采用對齒輪表面進行強化處理的方法以提高齒面硬度。

齒輪激光表面強化是一種新型的齒輪表面強化技術，它可以克服傳統的齒輪表面強化工藝，如滲碳淬火、感應淬火等的硬化層分布不均，變形大等缺點，是目前齒輪加工的前沿技術，已被用于美國核潛艇上的齒輪處理；是極有發展前景的高新技術。

一．國內外研究現狀

早在1980年，美國軍事應用技術實驗室就對齒輪的激光硬化調查結果作過一個廣播節目報道，并由芝加哥伊利諾理工學院研究所承擔了齒輪的激光硬化研究項目，之后公布了實驗結果：對激光表面硬化處理后和經滲碳處理后的AMS（美國航空材料規范）6265正齒輪的抗膠合壽命與齒的彎曲強度的比較表明，激光硬化代替滲碳處理在航空器件中的AMS6265齒輪能得到顯著的經濟效果，有效硬化深度為0.66～0.86mm，單件成本降低了37%～78%.八十年代末，美國加州機電研究所用5kW激光器對大型花鍵軸進行激光淬火，獲得淬火硬度HRC59，深度0.762～0.864mm的淬硬層.美國軍方研究所用激光淬火潛水艇、飛機等重載大齒輪，解決常規熱處理引起齒輪變形過大及噪音問題.激光淬火的齒輪包括AH－64直升機輔助動力裝置的行星齒輪及飛機主傳動裝置的傳動齒輪.由于激光硬化后不需要研磨，故可大大降低生產成本，提高生產率.

目前，國內對齒輪激光、淬火的激光掃描方式、機理及工藝參數優化等技術進行的研究，均取得了一定的成果.

二．齒輪加工傳統工藝

（一） 傳統加工工藝：傳統主要采用滲碳工藝和高頻表面淬火工藝等工藝路線。

1.  滲碳工藝路線

采用低碳鋼材質（如20Cr、20CrMnTi等），使工件表面具有耐磨性。該工藝具有較好的綜合性能，但由于成本高、易造成環境污染，且不方便大模數齒輪和大齒輪軸處理，目前僅在汽車、拖拉機等特定行業采用；

2.  #p#分頁標題#e#高頻淬火工藝路線

采用中碳鋼材質如：低檔的45#（及其代用品）、中檔的40Ｃr（及其代用品）、高檔的４２CrMo（及其代用品）等。加工后使工件具有耐磨性能。

（二）傳統工藝的弊病中、小型批量處理的齒輪

常規處理方法多采用高頻淬火、滲碳、氮化、碳氮共滲等工藝方法，其優點在于硬化均勻，可批量處理，但氮化處理的硬化曾則不及激光處理的層深；缺點在于：

1） 由于長時間高溫加熱齒輪，其內部組織有長大趨勢，內部綜合機構性能易變，其需配以冷卻設施，工藝較為復雜；

2） 容易使齒面產生較大的變形，必須進行磨削加工，而磨削時又容易出現磨削裂紋；

3） 常規工藝加工處理的周期很長，能源消耗很大。

因此減小齒面的變形、縮短加工周期一直是硬齒面齒輪的關鍵技術難題之一。而激光熱處理變形小、周期短、無污染，為解決齒面淬火變形提供了有效的途徑，且工藝簡單，加工速度快，淬硬層深度均勻，硬度穩定，在齒輪的傳動嚙合過程中耐磨性強，其整體的綜合性能良好。

大型齒輪

常規處理方法多采用感應淬火或火焰淬火，優點在于淬硬層深，但由于熱源不穩定，易產生過熱、過燒現象，使齒面組織不均勻、硬度不穩定；而激光處理此類齒輪，以其穩定的熱源、快熱、急冷的淬火等特點，使齒面組織細小、硬度均勻。

二．激光表面工程技術處理齒輪工藝及特點

１．用激光表面處理技術代替傳統工藝對齒輪的處理，具有工藝穩定、提高齒輪質量而不提高成本的優點。激光在齒輪上的應用工藝有：#p#分頁標題#e#激光表面淬火、激光表面合金化。

例如激光表面淬火可以只對齒面淬火，齒根保留原調質處理的性能。而且光斑數控調節，靈活可控，使整個齒面性能均一。

２．工藝特點：

1)     激光淬火適用于各種高碳、中碳或合金鋼齒輪；

2)     加熱快、變形小，可對零件局部進行硬化，可避免整體加熱產生的變形。

3)     淬硬層硬度比常規熱處理（感應加熱）高10-20%，一般用45#、40Cr鋼硬化在HRC58-65左右，分布均勻，硬化層深度可以控制在0.4~0.8mm的范圍，適合齒輪承載傳動的強度要求。

4)     一般激光淬火后僅需拋光或精磨處理，無需回火及其他后續加工；

5)     實驗證明激光技術處理后的齒輪耐磨性、抗斷齒性、耐腐蝕性較高；

6)     激光淬火還可以解決傘形齒、斜齒、錐齒、蝸桿等非直齒在常規（感應加熱）淬火難以處理的問題。

總體來講，激光表面工程技術處理的齒面，其綜合機械性能很好，不但有較高的硬度，而且有良好的韌性配合，這一特點是由激光淬火的冷卻特性所決定的。#p#分頁標題#e#

三．激光表面工程技術在齒輪中的應用實例

利用激光表面工程技術對齒輪進行處理，已廣泛地應用于冶金及非冶金行業的工礦企業，并取得了顯著的效果（參見附件一）。

天津環通公司激光技術有限公司，在利用激光技術對齒輪齒面進行處理后，不僅提高了產品質量，而且為企業創造了可觀的經濟效益。

由此可見，激光表面加工技術應用于齒輪處理，市場廣闊、前景樂觀，必將帶動激光工藝處理齒輪的新趨勢。