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1、激光表面处理技术激光束表面处理技术概念激光表面处理技术,是在材料表面形成一定厚度的处理层,可以改善材料表面的力学性能、冶金性能、物理性能,从而提高零件、工件的耐磨、耐蚀、耐疲劳等一系列性能的表面处理技术。激光表面处理技术产生激光加工技术的研究始于20世纪60年代,但到20世纪70年代初研制出大功率激光器之后,激光表面处理技术才获得实际的应用,并在近十年内得到迅速的发展。激光表面处理技术原理激光是一种相位一致,波长一定,方向性极强的电磁波,激光束由一系列反射镜和透镜来控制,可以聚焦成直径很小的光(直径只有0.
2、1mm),从而可以获得极高的功率密度(104~109W/cm2)。激光与金属之间的互相作用按激光强度和辐射时间分为几个阶段:吸收光束、能量传递、金属组织的改变和激光作用的冷却等。激光表面处理技术原理它对材料表面可产生加热、熔化和冲击作用。随着大功率激光器出现,以及激光束调制、瞄准等技术的发展,激光技术进入金属材料表面热处理和表面合金化技术领域,并在近几年得到迅速发展。由于激光加热速率极快，相变在很大的过热度下进行，形核率很大。因加热时间短，碳原子的扩散及晶粒的长大受到限制，所以得到的奥氏体晶粒小。冷却速率也
3、比使用任何淬火剂都快，因而易得到隐针或细针马氏体组织。激光表面处理组织低碳钢可分为两层：外层是完全淬火区，组织是隐针马氏体；内层是不完全淬火区，保留有铁素体。中碳钢可分为四层：外层是白亮的隐针马氏体，硬度HV达800，比一般淬火硬度高出100以上；第二层是隐针马氏体加少量屈氏体，硬度稍低；第三层是隐针马氏体加网状屈氏体，再加少量铁素体；第四层是隐针马氏体和完整的铁素体网。激光表面处理组织高碳钢也可分为两层：外层是隐针马氏体；内层是隐针马氏体加未溶碳化物。铸铁大致可分为三层：表层是熔化－凝固所得的树枝状结晶，
4、此区随扫描速度的增大而减小；第二层是隐针马氏体加少量残留的石墨及磷共晶组织；第三层是较低温度下形成的马氏体。激光表面处理组织激光表面处理技术优点激光表面处理是采用大功率密度的激光束,以非接触性的方式加热材料表面,借助于材料表面本身传导冷却,来实现其表面改性的工艺方法。它在材料加工中的如下优点:激光表面处理技术优点(1)能量传递方便，可以对被处理工件表面有选择的局部强化；(2)能量作用集中，加工时间短，热影响区小，激光处理后，工件变形小；激光表面处理技术优点(3)处理表面形状复杂的工件，而且容易实现自动化生产
5、线；(4)改性效果比普通方法更显著，速度快，效率高,成本低；激光表面处理技术优点(5)通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理较厚的板材；(6)由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的安全，因此要致力于发展安全设施。美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。----直升飞机辅助动力装置的行星齿轮----飞机主传动装置的传动齿轮用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。----采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过10
6、～20h氮化处理的硬化层还厚，质量优良，几乎无变形。激光表面处理技术6.1激光束表面处理技术能量转化激光照射到材料表面表层材料受热升温激光作用后冷却激光被吸收变为热能固态相变/熔化/蒸发激光束表面处理技术分类围绕激光加工的特点,人们相继研究并开发出一些具有工业应用前景的激光表面处理技术,大体分为：激光表面硬化、激光表面熔敷、激光表面合金化、激光冲击硬化和激光非晶化。激光表面淬火激光淬火又称为激光相变硬化,是指以高能密度的激光束照射工件表面,使其需要硬化部位瞬间吸收光能并立即转化为热能,从而使激光作用区的温度
7、急剧上升形成奥氏体,经随后的快速冷却,获得极细小马氏体和其他组织的高硬化层的一种热处理技术。激光表面淬火特点（1）材料表面的高速加热和高速自冷。加热速度可达10⁴~109℃/s,冷却速度可10⁴℃/s,这就有利于提高扫描速度及相应的生产率。(2)激光淬火处理后的工件表面硬度高,通常比常规淬火硬度高5%~20%,可获得极细的硬化层组织。(3)由于激光加热速度快,因而热影响区小,淬火应力及变形小。一股认为激光淬火处理几乎不产生变形,而且相变硬化可以使表面产生大于4000MPa的压应力,有助于提高零件的疲劳强度;
8、但厚度小于5mm的零件其变形仍不可忽视。(4)可以对形状复杂的零件和不能用其它常规方法处理的零件进行局部硬化处理,如具有沟槽的零件。(5)激光淬火工艺周期短,生产效率高,工艺过程易实现计算机控制,自功化程度高,可纳入生产流水线。(6)激光淬火靠热量由表及里的传导自冷,无需冷却介质,对环境无污染。激光表面淬火应用激光淬火由于以上优点而得到较为广泛的应用。发动机缸体表面淬火,可使缸体耐磨性提高3倍以上；热轧钢板剪切机
