激光淬火过程中 Lumasense Impac ISR 12 高温计的关键作用

引言

激光淬火作为一种高效的表面强化工艺，在现代制造中扮演着重要角色。对于工程钢材如 AISI 4140，通过激光快速加热并自冷却，能够显著提高表面硬度、耐磨性以及抗疲劳性能。然而，工艺过程中的多次热循环可能引发复杂的相变动力学与残余应力演变，其机理尚未明晰。因此，掌握在多循环激光淬火过程中的实时温度变化，对于理解并优化材料性能至关重要。

实验目的

本研究旨在探讨多循环激光淬火（multi-pass laser hardening）对 AISI 4140 钢的组织演变、硬度分布及表面残余应力的影响。具体目标包括：

• 分析不同热处理状态下（如淬火回火态、正火铁素体-珠光体态、退火铁素体-珠光体态），多次激光扫描对材料相变行为的影响。

• 明确多次激光扫描是否存在累积效应，如何影响表面残余应力及硬化层深度。

• 探索通过调整激光功率、扫描次数，实现对材料性能的定向调控。

为实现上述目标，实验需要精确监控试样表面的瞬时温度分布及其动态变化。这正是高精度测温仪器 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 是一款两色高温计（two-color pyrometer），基于不同波长红外辐射比值原理，可在极短响应时间内测量高温物体的表面温度，且对发射率变化不敏感。这一特性对于激光加工尤其关键，因为工件表面在受热后常伴随熔化、粗糙化及氧化，导致表面发射率波动。

在本实验中，Lumasense Impac ISR 12 主要承担以下任务：

• 实时测量表面峰值温度，为激光工艺参数的设定提供数据依据。

• 捕捉快速热循环中的 加热速率 和 冷却速率，用于分析奥氏体化及马氏体转变动力学。

• 计算 保温时间（soaking time），进一步推导奥氏体-珠光体相变的积分转变时间（Ima），为研究相变过程提供量化指标。

实验设置该高温计对试样中心直径约 2 mm 区域进行测量，采样频率高达 500 Hz，使研究团队能够精准记录 1 至 16 次激光扫描过程中，温度的瞬时变化与热累积效应。

实验结合与意义

通过 Impac ISR 12 提供的高时效温度数据，研究揭示了多循环激光淬火中：

• 表面峰值温度随循环次数的上升趋势，以及因表面粗糙化导致的吸收率提高。

• 多次热循环引起的相变动力学变化，如奥氏体晶粒粗化与马氏体硬度变化。

• 累积热效应如何影响残余应力由压应力向拉应力转变的潜在机制。

这为实现 AISI 4140 钢表面性能的定向设计与优化，提供了关键实验支撑与理论依据。

结论

Lumasense Impac ISR 12 在本研究中不仅是温度监测工具，更是解码多循环激光淬火微观相变与宏观性能之间关系的关键桥梁。其高精度、快速响应与较低发射率依赖性，使实验团队能够在极短时间尺度上捕捉到快速热过程中的关键转变信息，为今后激光表面处理工艺的精准控制与智能化奠定了坚实基础。