激光金属相变硬化技术及其应用.pdf

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1、栏目主持辛华翔处理Treatment激光金属相变硬化技术及其应用原中国航空精密机械研究所(北京100076)荣烈润一、概述二、激光金属相变硬化的研究现状和应用1．激光金属相变硬化的原理国内外学者已对各种类型钢进行过激光相变硬激光金属相变硬化主要是用来处理铁基材料，化处理研究，但对其机理尚未取得完全统一的见解。有人认为激光淬火马氏体晶粒的明显细化是由于快其硬化机理是通过高能激光束(10～10W／cm)扫速加热条件下过热度极大造成相变驱动力极大，使描零件表面，工件表层材料吸收激光能量并转化为得奥氏体中形核数目多，随后急冷使奥氏体晶粒来热能，并可达到极高的温度(升温速度可达到l0～不及长

2、大的缘故。有人认为激光相变硬化是晶粒缺l0。℃／s)，此时工件内部仍处于冷态；随着激光束离陷密度的增大和亚结构的结合。也有人认为除马氏开工件表面，由于热传导作用，表面能量迅速向内体细化外，激光淬火获得高碳的奥氏体一马氏体复合部传递，使表层以极高的冷却速度(可达10。℃／s)组织是激光相变硬化的重要因素。基于对WMoCrV冷却，故可进行自身淬火，实现工件表面相变硬化。高速钢的激光硬化研究，认为激光硬化机理是马氏由于激光淬火过程中很大的过热度和过冷度使体点阵畸变、特殊碳化物的析出强化和晶粒的超细得淬硬层的晶粒极细、位错密度极高且在表层形成化。压应力，进而可以大大提高工件的耐磨性、抗疲劳

3、、1971年美国通用汽车公司首次成功进行了激光耐腐蚀、抗氧化等特性，延长工件的使用寿命。例热处理试验，到1974年该公司已将激光相变硬化工如，为了提高H13模具钢的表面硬度，可对其表面艺用于实际生产，从此诞生了激光表面处理技术。进行激光强化，H13模具钢经激光扫描后材料表面进入20世纪80年代以后，大功率工业激光器及辅助硬度高达795HV左右，远高于其常规淬火的硬度设备的制造技术不断出现和日益提高，为此各种新380HV。兴材料表面处理技术逐渐成熟，使得这种技术的工2．激光金属相变硬化的特点业应用和深入研究日益活跃和广泛。激光淬火技术激光金属相变硬化与高频淬火、渗碳、渗氮等是诸多的激

4、光表面处理技术中研究最广泛、工业应传统热处理工艺比较，具有如下特点。用占有比例最大的一种。激光淬火技术的应用包括(1)无需使用外加材料，就可以显著改变被处纺织机械、交通运输、航天航空、重型机械、精密理材料表面的组织结构，大大改善工件的性能。仪器的制造等；处理的零件种类包括汽车、摩托车(2)被处理工件变形极小，适用于高精度零件及轮船等的发动机气缸体(套)内壁、曲轴、凸轮处理，可作为材料和零件的最后处理工序。轴、转向器壳体、齿轮、机床导轨、油管螺纹及刀(3)处理层和基体结合强度高，具有较高的硬具刃口等，在诸多的应用中，尤以汽车制造业内的度及耐磨性。硬度比传统淬火提高10％～15％。应用

5、最为活跃，创造的经济价值最大。在汽车的缸(4)加工柔性好，适用面广。可对复杂零件进体、缸套、曲轴、凸轮轴、排气阀、阀座、摇臂及行淬火。铝活塞环槽等许多关键件上几乎均可以采用激光热(5)工艺简单。噪声小、污染少、劳动条件好。处理。容易实现自动化生产，效率高，经济效益显著。在国外，美国通用汽车公司于20世纪80年代建参磊工。⋯蛰器25处理Treatment成17条激光表面相变处理生产线，日处理3．3万件，在需要激光硬化的金属表面涂上一层对激光有较高耐磨性较原工艺提高近l0倍；意大利菲亚特汽车公吸收能力的涂料。通常采用的方法是磷化处理、覆司采用HPL一10型激光器处理发动机气缸孔内壁，盖

6、涂层处理、布儒斯特吸收以及应用激光辅助照射取消了缸套，降低了油耗，节约了成本；德国奥格等方法，前两者应用较为广泛。斯堡一纽伦堡机械制造公司1984年就建成了激光淬(1)磷化是一种通过化学或电化学反应在工火生产线，对大型发动机缸套进行激光淬火，淬火件表面形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷带的形式有交叉网纹式、螺旋线式及正弦波式，大酸盐化学膜称之为磷化膜。在激光淬火过程中，形大提高了缸套耐磨性；除此以外，日本本田公司、成的磷化膜的目的是提高金属表面的能量吸收率，美国的福特公司等，也相继将激光表面强化技术应可达80％。用到汽车制造业中。磷化法适用于大量生产的场合，但此法也会带随着激光

7、技术在我国的迅速发展，目前国内将来一些缺陷：磷化后的工件激光处理后，在表面会激光淬火技术应用于汽车加工中的企业也不少，建出现微裂纹；工件表面粗糙度增加；磷化膜的去除立了各种类型的激光热处理生产线，并获得了良好较困难。的经济效果。目前全国各地几乎都建立了不同规模上述缺点限制了磷化法的应用。近年来已用其的激光加工中心，为各行业机器零件进行激光热处他预处理法替代磷化法处理，如覆盖涂层法。理。(2)覆盖涂层法此法原理即在激光处理前在目前，国内外学者对铁基材料的激光相变硬化工件