激光表面處理特點(diǎn)是加熱速度快,溫度高,無氧化,變形小,晶粒超細(xì)化,疲勞強(qiáng)度高,可以實(shí)現(xiàn)自冷淬火,特別適用于局部熱處理,如尺寸很小的工件、不通孔的底部等用普通熱處理加熱很難實(shí)現(xiàn)的部位,并可以配置在生產(chǎn)線上。
激光熱處理在汽車行業(yè)應(yīng)用極為廣泛,在許多汽車關(guān)鍵件上,如缸體、缸套、 曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座、搖臂、鋁活塞環(huán)槽等幾乎都可以采用激光熱處理。在大型機(jī)車制造業(yè)中,激光熱處理的應(yīng)用,大大提高了機(jī)車的壽命,主要用于機(jī)車大型曲軸的激光熱處理、機(jī)車柴油機(jī)缸套和機(jī)車主簧片的激光熱處理。全國各地建立了不同規(guī)模的激光加工中心,可為各行業(yè)機(jī)器零件進(jìn)行激光熱處理。激光表面熱處理裝置主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備及安全防護(hù)裝置所組成。
激光表面處理分類
根據(jù)材料的不同種類,調(diào)節(jié)激光功率密度、激光輻照時(shí)間等工藝參數(shù),增加一定的氣氛條件,可進(jìn)行激光表面淬火(相變硬化)、激光表面熔凝、激光表面合金化等激光表面處理。其特點(diǎn)如下:
1、激光表面淬火,主要通過相變硬化,提高表面硬度和耐磨性;
2、激光表面熔凝,主要通過在高功率密度激光束作用下,材料表面快速熔化并激冷,獲得極細(xì)晶粒組織,顯著提高硬度和耐磨性;
3、激光表面合金化,利用多種方法,將添加元素置于基材表面(或吹人合金化氣體),在保護(hù)氣氛下,激光將二者同時(shí)加熱熔化,獲得與基材冶金結(jié)合的特殊合金層。
激光表面熱處理的特點(diǎn)
1)加熱和冷卻速度高。
2)高硬度。激光淬火層的硬度比常規(guī)淬火層提高15%-20%,可獲得極細(xì)的馬氏體晶粒。淬火硬度與加熱溫度有關(guān),與保溫時(shí)間無關(guān)。硬化帶的部分重疊會(huì)產(chǎn)生明顯回火使硬度降低。硬化層較淺,與加熱時(shí)間的平方根成正比,通常為0.3~0.5mm。用lkW的激光器掃描時(shí)層深可達(dá)1mm,用6kW的激光器掃描時(shí)層深可達(dá)2mm。當(dāng)要求淬火深度時(shí),要嚴(yán)格控制掃描速度和功率密度的變化,以防止元件表面軟化。
3)變形小。激光淬火表面有很大的殘余壓力(可達(dá)4000MPa),有利于提高疲勞強(qiáng)度。由于加熱層薄,加熱速度快,即使很復(fù)雜的元件,變形也非常小。
4)表層顯微組織。由于激光加熱速度極快,相變在很大的過熱度下進(jìn)行,形核率很大。因加熱時(shí)間又很短,碳原子的擴(kuò)散及晶粒的長大受到限制,所以得到的奧氏體晶粒小而不均勻。冷卻速度也比使用任何淬火劑都快,因而易得到隱針或細(xì)針馬氏體組織。另外,經(jīng)激光輻射加熱進(jìn)行淬火的硬化層,從表面沿深度方向,溫度呈遞減分布,金屬中第二相隨著溫度的遞減,其熔解過程的特征在淬火組織中均能表現(xiàn)出來。
激光表面熱處理中注意事項(xiàng)
1)工件的黑化處理
一般情況下金屬將使波長為10.6 μm,激光的絕大部分被反射,黑化處理是充分利用激光能量最經(jīng)濟(jì)適用的方法。黑化處理主要有涂碳法、膠體石墨法和磷酸鹽法等,其中磷酸鹽法最好,其吸收率可達(dá)80%~ 90%,膜厚僅為5μm,具有較好的防銹性,處理后不用清除即可用來裝配。
2)激光束模式
激光熱處理的目的是希望獲得一個(gè)矩形的硬化斷面,使其在磨損過程中始終保持硬化帶的面積基本不變,因而要求激光束為矩形,而且光斑中的功率保持基本均勻或邊緣稍高。為此,一種方法是采用光學(xué)方法使激光束變成所需的形式;另一種方法是依靠調(diào)節(jié)激光器的諧振腔,使得光束中的功率密度較為均勻,還可獲得較高輸出功率。
3)焦距選擇與焦深
激光熱處理多要求淬火帶的寬度在2mm以上,應(yīng)該選用長焦距的透鏡和聚焦反射鏡,一般為2mm左右。在激光處理中焦深也是一個(gè)非常重要的參數(shù),焦距越大焦深也越大。在焦深很大時(shí),零件的復(fù)雜形狀或較大的離焦對激光熱處理無明顯影響。
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