《激光表面处》ppt课件

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1、第五章激光表面处理本章主要内容概述－基本原理激光表面相变硬化激光冲击硬化激光熔凝激光合金化激光熔敷§5.1概述过程：以激光扫描零件表面，使材料表面吸收光能迅速升至高温，进而发生相变、熔化或覆盖甚至熔入其他金属非金属元素，随后快速冷却来达到零件改性的目的。吸收层0.01~0.1um，深度：0.1~0.5mm功率密度要求不高，多模、矩形光斑研究活跃，某些工艺已经得到实际应用分类激光表面相变硬化激光熔凝激光合金化激光表面涂覆其他激光冲击硬化、激光毛化、激光上釉等工艺功率密度(w/cm2)作用深度(mm)相变硬化104

2、~1050.2~1熔凝和合金化涂覆104~1060.2~2冲击硬化108~10100.02~2§5.2激光表面相变硬化目的与作用：强化零件表面，提高其表面硬度、耐磨性、耐蚀性、强度和高温性能(硬化带，降低磨损；表面产生压应力，提高疲劳强度),而使心部保持较好的韧性。零件综合性能好成倍延长产品寿命作用过程高能量(104-105w/cm2)激光束快速扫描工件，工件表面极快升温到高于相变点低于熔化温度；光束离开后，冷态基体的热传导使被加热区迅速冷却而产生自淬火；快速加热和快速冷却组织细、硬度高加热速度高达：105－1

3、06℃/s冷却速度高达：105℃/s激光相变硬化的特点优点高速加热和高速自冷硬度高(比常规高5~20％)组织细HAZ小，淬火应力及变形小提高疲劳强度可达性好，工艺灵活，复杂零件加工局部有选择的表面处理无需外加冷却介质缺点表面局部改性，无助于心部性能改善硬化面积小硬化深度浅设备费用高一、影响硬化指标参数质量指标：硬化深度(H)、宽度、硬度、晶粒度激光功率P光斑大小D←离焦量扫描速度v材料性质：物理（导热性）、吸收系数α、化学成分、原始组织和热处理状态工艺参数通过热循环参数显示其影响。一定参数，每点均有：升温→最高

4、→降温加热速度，最高温度，保温时间，冷却速度H=α·P/(D.v)加热温度组织转变温度比常规上移很多：C钢900~1200℃但晶粒仍来不及长大。加热：2×103~2×1050c/s，冷却：700~2×1040c/s；1KWCO2，V=5~70mm/s加热速度常规速度：A形核、长大，Fe3C溶解，A均匀化。一个温度范围内，扩散型机理激光加热：非扩散型机理。在一个恒定温度下，F自发瞬间转变成A，无C化物参与。体心立方→面心立方。T增大时，才有C化物向A溶化过程冷却：很高速度容易自淬火，比普通油冷水冷速度高出一个数量

5、级以上二、硬化工艺增强表面吸收（黑化处理）I低，不熔，不汽化，不存小孔效应，表面光洁度高，90~95%反射掉→克服高反射率黑化原则：吸收率高、高的热稳定性(800~900℃)导热性能好与工件表面有良好结合涂层薄而均匀益于生成和去除工艺简单、价格便宜喷涂覆盖物：10~20um厚商用高温油漆：有机物＋碳黑＋氧化钛＋SiO2＋硅酸钠、硅酸钾等石墨和炭素墨水黑化涂料喷涂化学反应吸收层磷化法：形成磷酸锰、磷酸锌、磷酸铁覆盖层NaOH氧化法布儒斯特角吸收：入射角的控制、光斑的扩大等问题、内表面处理黑化方法2常规参数功率：p

6、大、B、H大离焦量：影响光斑直径功率密度和加热时间扫描速度：加热时间tBHI∆F三相变硬化层性质硬度：沿深度方向的硬度分布距表面距离硬度单台阶：高碳钢双台阶：亚共析钢，不完全相变：马氏体＋未转变的铁素体＋未溶解的渗碳体表层非最高硬度：表面微熔时，尚未有系统研究有回火区的硬度分布：基体已经有较高硬度，如经正常淬火后的高速钢硬度沿宽度方向分布光斑的搭接造成理想的匀强光斑产生的回火软化区比高斯光斑小硬度位置疲劳强度：相变硬化、马氏体转变过程产生体积膨胀，膨胀受到基体的制约产生残余压应力，压应力使疲劳强度增大耐磨性：

7、硬夹软的特点，容纳碎屑和润滑油四、激光相变硬化实例发动机缸体和缸套硬化带轨迹为螺旋、网纹、波纹等，淬硬带宽3-3.5mm，淬硬层深0.2-0.3mm，硬度为基材3倍以上四、激光相变硬化实例模具汽车转向器壳体弹性连轴节主簧片机床电磁离合器连接件应用场合：不要求整体淬火或其他方法难以处理，以及形状复杂或尚需进一步提高硬度、耐磨性等性能的零件汽车模具淬火§5.3激光冲击硬化高功率密度(GW/cm2)短脉冲(几十纳秒)强激光与金属材料相互作用,会在材料表面形成一个高压应力波,即激光诱导的冲击波。强激光产生的这种超高压已

8、成为动高压技术的一种有效手段,已用于激光冲击处理(lasershockprocessing)这一材料表面改性技术中。可用来改善金属材料的机械性能,特别能有效地提高金属材料的抗疲劳断裂性能和硬度。与传统的喷丸、锻打相比，洁净、无公害，可处理圆角、拐角等部位国内外学者研究激光冲击铝合金等有色金属的较多，亦有碳钢、合钢、球墨铸铁、不锈钢、镍基合金等应用研究激光冲击强化原理过程：材料表面局部升