【2017年整理】3·1+激光相变及应用.ppt

激光与物质相互作用 任课老师： 秦应雄 讲 师 电 话/Email : qyx@hust.edu.cn 内容提要 （1）激光热效应概述 激光热效应概述 （1）金属学相关基础 相关知识 铁碳相图 连续冷却曲线 (1) 高温转变 － 在A1～550 ℃之间, 过冷奥氏体的转变产物为珠光体型组织, 此温区称珠光体转变区。 (2) 中温转变 － 在550 ℃～Ms之间, 过冷奥氏体的转变产物为贝氏体型组织, 此温区称贝氏体转变区。 (3) 过冷A转变为马氏体是低温转变过程, 转变温度在Ms～Mf之间,该温区称马氏体转变区。 （1）激光相变机理 激光相变的条件 1. Tmax(0,t):相变温度（奥氏体化温度）以上，且熔点以下； 2. 必须在相变点A1处以高于临界冷却速度冷却。 激光表面淬火特点 （2）激光相变技术 A,B部分硬化 C部分硬化不够 工件预处理 方法 磷化：工件表面形成一层磷酸锰等磷化薄膜。经过鳞化后材料表面吸收率80%以上。 黑漆：其主要成分为石墨粉和碳酸钠或硅酸钾，采用喷涂法。 碳素石墨：小批量的激光相变淬火试验时，经济又方便。 SiO2型涂料 国内90年代研制了一种以SiO2为骨料的可喷材料。选用200—300目精制石英粉，其中涂料被认为除对激光有较高吸收率外，还能在激光辐射下形成液态均匀覆盖于金属表面，冷却后形成固态薄膜。 日本佳友公司还开发出一种Nextel01型涂料，对CO2激光的吸收率可达90—95%，其主要成分也是SiO2。 光束均匀化变换系统 振镜 转镜 积分镜 转镜 轧辊激光表面强化 轧辊激光表面工艺 激光熔凝处理 激光熔化凝固处理（简称激光熔凝处理）是以高功率密度（105～106W/cm2）的激光，在极短的时间内（10-2～10-3s）与金属交互作用，使金属表面局部区域在瞬间被加热到相当高的温度使之熔化，随后，借助冷态金属基体的吸热和传导作用，使得已熔化的表层金属快速凝固。激光熔凝得到的是细小的铸态组织，其硬度较高，耐磨性亦较好。 工艺参数 气缸表面处理工艺 （5）激光相变应用 激光相变应用 激光相变应用 激光热处理设备 激光相变热处理生产线 小结 1、激光相变机理 2、激光相变技术与应用 重点掌握激光相变作用过程中的热作用过程和激光相变硬化机制。 3.2 激光熔覆与合金化 激光表面合金化是利用高能密度的激光束快速加热的特点，使基材表层金属和所添加的合金元素熔化混合，在基材表面形成一层具有一定浓度且成分均匀的合金层，从而满足对工件耐磨、耐蚀、耐高温抗氧化等特殊性能的要求。 激光熔敷通过在基体材料表面添加熔敷材料，并利用高能密度的激光束使熔敷材料熔化，并与材料表面形成冶金连接在金属表面形成以熔敷的材料为基体的表面强化层。激光熔敷不是以基体上的熔敷金属为溶剂加入合金元素，而是用另行配制的合金粉末被激光熔化，成为熔敷层的主体合金，同时基体金属也有一薄层熔化与熔敷层结合。 激光熔覆，激光合金化的传质 激光合金化与熔覆材料的供料方式 一维修复技术 二维修复技术 三维修复技术 合金粉末 激光合金化和熔覆一般均与合金粉末为引入材料。根据激光合金化和熔覆的应用，对粉末有以下基本要求: (1) 应具有所需要的实用性能，例如耐磨，耐蚀，耐高温，抗氧化等特性性能。 (2)具有良好的固态流动性，粉末的流动性与粉粒的形状，粒度，表面形状及粉末的湿度等因素有关。 (3)粉末材料的热涨系数，导热性应尽可能与工件材料相接近，以减少合金层的残余应力。 (4)具有良好的湿润性，湿润性与表面张力有关，表面张力愈小，湿润角愈小，液体流动性愈好。 常用于激光熔覆或合金化的粉末 1.自熔性合金粉末：目前国内生产的自熔性合金粉末可分为镍基，钴基和铁基三大类，还有WC性自熔性合金粉末，它是在上述3大类合金中加入一定量的高硬度WC制成的。 2.复合粉末：复合粉末是一种新型的表面强化工程材料。 复合粉末主要有硬质耐磨复合粉末，如Co/WC, Ni/WC，Co/Cr2C2等； 减磨润滑复合粉末，如Ni/AL，Ni—Cr/AL，Co—Cr—Al—Y等。 陶瓷粉末有Al2O3，ZrO2，Y2O3，MgO，CaO等。金属陶瓷复合粉末，如MgO，ZrO2—NiAL和Y2O3—ZrO2—CoCrAlY等。 耐磨金属陶瓷复合粉末，如Ni/AL，Ni—Cr/AL及NiCrAlY等。 激光合金化典型实例 铁系合金的激光合金化