0801 周紫 激光四个技术的应用.docVIP

激光淬火技术的应用 对模具表面进行处理的主要目的在于提高表面的硬度、耐磨性和耐蚀性，激光表面强化技术的应用，在很大程度上提高了模具的表面性能。对于提高大型模具使用寿命和减少精密模具的热处理变形，激光表面强化技术有着极大的技术优势,主要包括激光表面淬火和激光表面熔覆。 激光表面淬火是一种利用高能量激光束扫描工件使被扫描的区域表面硬化的技术。其基本原理为用一定能量密度(103～105W/cm2)的激光照射工件，使被照射的表层区域被急速加热至相变点以上，熔点以下的温度，此时工件基体仍处于冷态，加热区与基体之间存在很大的温度梯度，当激光束停止照射时，由于热传导的作用，加热区会急速冷却(106～108℃/s)而发生马氏体转变，使工件表层实现相变硬化。 1.激光淬火的特点 (1)激光淬火是快速加热、自激冷却，不需要炉膛保温和冷却液淬火，是一种无污染绿色环保热处理工艺，可以很容易实行对大型模具表面进行均匀淬火。 (2)由于激光加热速度快，热影响区小，又是表面扫描加热淬火，即瞬间局部加热淬火，所以被处理的模具变形很小。 (3)由于激光束发散角很小，具有很好的指向性，能够通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火。 (4)激光表面淬火的硬化层深度一般为0.3～0.7mm，使其应用受到一定的限制。 2.工艺参数的选择影响激光淬火质量的工艺参数是多方面的，主要有激光功率、扫描速度、光斑尺寸、光束能量分布状态、吸光涂层种类与厚度等。衡量激光淬火质量的主要指标包括硬化层深度、宽度、硬度及硬化层表面粗糙度。其之间主要关系有以下几点： (1)激光在单位时间上作用于模具的功率密度(即比功率E)，将决定激光淬火的效果。激光淬火所需的比功率E为102～104W/cm2·s。比功率E由激光功率P、扫描速度V、光斑尺寸D决定，即E=P·V-1·D-1。 (2)在102～104W/cm2·s的范围内，功率密度的增加、扫描速度减小、将使模具的硬化层深度、硬度及硬化层表面粗糙度增加。如果功率过大，扫描速度太慢，即比功率太大，超出上述范围，会造成工件表面熔化、烧损；反之，硬度和硬化层深度会达不到技术要求。 (3)激光淬火硬化层宽度由光斑尺寸决定。大面积淬火必须进行多道扫描。宽带扫描比窄带扫描效率高。 (4)光束能量分布主要影响硬化层深度、宽度及组织的均匀性。它由光束模式及导光系统决定。通常，应根据设备的实际情况调整到最佳状态，以保证硬化层的均匀性。 (5)吸光涂层种类及厚度会影响工件对激光能量的有效吸收。目前应用较为成熟的吸光涂层有磷酸盐涂层、含胶体石墨涂层、氧化物涂层等。在覆盖工件表面的前提下，涂层厚度越薄越均匀，则效果越好。 3.应用实例 汽车大型覆盖件模具一般用合金铸铁制造。合金铸铁的特性不宜进行整体热处理，传统工艺采用火焰淬火，其淬火硬度为40～50HRC。改用激光淬火，模具表面硬度可提高到55～65HRC，硬化层有效深度为0.5～0.7mm，模具耐磨性大大提高，零件拉伤问题得到有效控制，模具在线维修率控制在4%以下。以前每批生产完成后均需对拉深模进行大面积推磨，现只是需要进行简单维护保养便可。 激光溶凝技术的的应用 激光熔凝是利用高功率密度的激光在极短的时间内与金属交互作用，将金属表面局部区域瞬时加热到相当高的温度并使之熔化，随后借助于冷态的金属基体吸热和传热过程使熔化的金属表层快速凝固，从而改变零件表层组织和性能。由于这一过程是在快速加热和快速冷却下完成的，所以得到的硬化层组织较细，硬度也高于常规淬火的硬度。这种技术提高了金属材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性及强度和高温性能等。　激光熔凝技术主要用于处理工件表面缺陷，如铸造裂纹、砂眼等，其工作原理是利用高能量、高密度的激光束使存在缺陷的金属材料快速达到熔点以上，金属材料快速熔化之后，停止激光扫描，工件随后自冷快速凝固。激光扫描后，熔化表层通过母体快速冷却形成极细的亚稳相、过饱和相以至非晶体组织，既减少了金属表面材料的化学偏析，又提高了工件的表面强度、耐磨性以及抗腐蚀性，融合了表层裂纹及存在的微孔缺陷。该技术可用于各种铸造加工件的缺陷处理，特别是大型铸造件的表面铸造缺陷处理。工件外形尺寸较大、吨位重，因表面的一点缺陷而报废确实可惜，而利用激光熔凝技术修复后完全可以满足工件性能要求，减少工件报废数量，降低备件制作成本。激光熔凝淬火是采用激光熔融金属表面，激光束移开后，熔融的金属直接从液态淬硬为固态，形成表面硬化层的工艺。由于激光熔凝淬火允许金属表面熔化，实际操作时可以使用比激光淬火更加高的功率密度和更加慢的扫描速度，因此激光熔凝淬硬层深度比前者更深。激光淬火与熔凝处理的共同特点是，不需要改变材料的成分，主要利用轧辊材料自身的特性，发生马氏体相变来强化轧辊表面。进行激光淬火与熔凝淬火前，需要预先涂覆一层吸光涂