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激光熱處理與表面改性在汽車工業(yè)的應(yīng)用

2015-05-29 10:55:51 作者：本站整理來(lái)源：

激光熱處理和表面改性是以高能量激光束快速掃描工件，使被照射的金屬或合金表面溫度以極快速度升高到相變點(diǎn)以上，激光束離開被照射部位時(shí)，由于熱傳導(dǎo)作用，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進(jìn)行自冷淬火，得到較細(xì)小的硬化層組織，硬度一般高于常規(guī)淬火硬度。處理過(guò)程中工件變形極小，適用于其他淬火技術(shù)不能完成或難以實(shí)現(xiàn)的某些工件或工件局部部位的表面強(qiáng)化。激光熱處理自動(dòng)化程度較高，硬化層深度和硬化面積可控性好。該技術(shù)是當(dāng)今增強(qiáng)材料有效使用和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)性能的關(guān)鍵技術(shù)，主要用于強(qiáng)化汽車零部件或工模具的表面，提高其表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強(qiáng)度和高溫性能等，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔、曲軸、沖壓模具、鑄造型板等的激光熱處理和表面改性。

激光熱處理和表面改性技術(shù)在汽車生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用可以提高汽車的性能。激光光束產(chǎn)生的高功率熱源是表面改性的理想選擇，激光使材料的性能在材料表面局部改變，同時(shí)對(duì)零件本體的性能沒有影響。激光表面工程應(yīng)用可以從廣義上分三個(gè)領(lǐng)域。按照大部分材料表面的冶金變化以下的加工也可以分成如下領(lǐng)域，也就是相變硬化，退火，晶粒細(xì)化，上釉和沖擊硬化，及采用添加材料的方法改變表面化學(xué)成分來(lái)形成合金和覆層過(guò)程。

不熔化的熱加工，一般稱為熱處理。這包括固態(tài)轉(zhuǎn)變，所以金屬表面不熔化。光束功率的吸收比例受材料表面的吸收性影響。在熱循環(huán)和冷卻循環(huán)中，通過(guò)冶金作用，材料的機(jī)械性質(zhì)（硬度，磨損，阻抗力，等）和化學(xué)性質(zhì)（耐腐蝕性等）都能得到加強(qiáng)。有熔化的熱加工，即激光焊接，表面均化，再熔化。這種方法通過(guò)迅速加熱，熔化和冷卻，來(lái)改變表面性質(zhì)。通過(guò)添加材料的熔化，如熔覆，合金浸漬，這些過(guò)程熔化了本體表面和加入的材料，在表面形成改性后的覆層。

激光熱處理原理與傳統(tǒng)熱處理相似。而前者的時(shí)間通常短一個(gè)數(shù)量級(jí)。不過(guò)熱處理按慣例需要條件有爐子，火焰，電弧或感應(yīng)線圈，而激光光束只要聚焦或形成一個(gè)適當(dāng)?shù)哪Ｊ剑谠线M(jìn)行掃描。高能量密度激光光束對(duì)表面的加熱速度更快，減少了熱量傳導(dǎo)到元件本體的時(shí)間。激光熱處理和表面技術(shù)必須直接和各種相對(duì)低成本的傳統(tǒng)加工競(jìng)爭(zhēng)，因此必須具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

激光表面改性的主要優(yōu)勢(shì)有：

（1）化學(xué)清潔和精美外觀；

（2）最小熱量輸入，因?yàn)槠淠茉礈囟雀撸D(zhuǎn)化快，并且輸入到部件的熱量低。變形少，熱響應(yīng)區(qū)小；

（3）無(wú)需后續(xù)加工；

（4）無(wú)接觸加工；

（5）易于組裝；

可通過(guò)激光技術(shù)轉(zhuǎn)換硬化的合金包括所有可以用傳統(tǒng)方法硬化的合金。鋼制品對(duì)硬化的反映隨碳含量的增加而增加，含碳0.75%的鋼材硬度值超過(guò)了700HV。此外因?yàn)楦呃鋮s速度普通碳素鋼（0.2%C）硬度也會(huì)加大。鑄鐵的硬度是受珠層體含量影響的，只有馬氏體的不銹鋼會(huì)對(duì)熱處理做出反映。

汽車生產(chǎn)行業(yè)推動(dòng)了激光熱處理加工的發(fā)展，下表列出了部分應(yīng)用：