由于煤、石油等傳統(tǒng)能源日益衰減以及環(huán)境愈加惡化，風(fēng)能作為一種隨時(shí)可獲取的清潔能源越來越得到大家的重視。為滿足使用需求，目前風(fēng)電機(jī)組的單位時(shí)間發(fā)電量可達(dá) 5~8 MW，其體積、載荷都越來越大，與之配套使用的主軸軸承直徑達(dá) 3 m 以上。

目前約 80%的風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用主軸軸承支承原理，所以對(duì)主軸軸承的使用壽命有很高的要求。主軸軸承的主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕、磨損、壓痕、腐蝕、斷裂、裝配不當(dāng)、潤滑不足等，其中最常見的疲勞點(diǎn)蝕是由滾動(dòng)體與內(nèi)（外）圈轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，套圈各滾動(dòng)體表面在循環(huán)接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，其影響因素有軸承的最大滾動(dòng)體動(dòng)載荷、轉(zhuǎn)速、內(nèi)外圈與滾動(dòng)體接觸而產(chǎn)生的溫升以及軸承的材料、表面粗糙度等，所以要選用淬火熱處理增強(qiáng)表面硬度、耐磨性，減少維護(hù)，提高使用壽命。

激光淬火以其加熱速度快、工件熱影響區(qū)小、熱變形小、表面光潔度好、批量處理成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境無污染、通用性強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等特點(diǎn)，逐漸從多種熱處理技術(shù)中脫穎而出[5-6]。激光淬火通過快速加熱、冷卻工件，在不影響基體組織和性能的前提下，提高工件表面的耐磨、抗沖擊、抗疲勞等表面性能，但大量的實(shí)驗(yàn)表明，激光淬火后，硬化層深度在 1 mm 以內(nèi)。大型軸承需配套使用大直徑滾動(dòng)體，這就要求套圈滾道具有一定深度的硬化層，且表面各處的硬化層深度大致相等，即均勻的硬化層分布。

42CrMo 鋼是風(fēng)電機(jī)組主軸軸承滾道常用的材料，浙江工業(yè)大學(xué)的張群莉等人利用COMSOL Multiphysics 軟件對(duì) 42CrMo鋼激光淬火過程中的溫度場(chǎng)演變進(jìn)行分析，通過工藝參數(shù)優(yōu)化，控制淬火過程的熱傳導(dǎo)時(shí)間和溫度梯度，在表面不熔化的前提下使得更多的熱量傳遞到試樣深處，以獲得較深的硬化層，并探究光斑尺寸對(duì)42CrMo 鋼激光深層淬火硬化層深度等幾何特征的影響，為提高激光淬火硬化層深度且實(shí)現(xiàn)均勻的硬化層分布夯實(shí)基礎(chǔ)。

激光深層淬火硬化層橫截面形貌圖

激光深層淬火硬化層硬度曲線

研究表明：

1）利用 COMSOL Multiphysics 軟件對(duì) 42CrMo鋼激光淬火過程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，可獲得淬火區(qū)域各點(diǎn)溫度歷史和硬化層的幾何特征，模擬所得的溫度曲線和硬化層幾何特征與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性較高，所建立的模型準(zhǔn)確可靠。

2）在相同激光功率密度和掃描速度下，隨著光斑寬度增加，激光淬火硬化層的寬度近似呈正比例增加，硬化層深度則先增加后減少。在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)光斑寬度為 20 mm 時(shí)，可以得到最大硬化層深度（4.08 mm）。

3）不同的光斑尺寸對(duì)硬化層分布均勻性影響較大，選擇較寬的光斑可以得到分布更加均勻的硬化層。