激光表面熱處理原理及應用

來源:榮格    關鍵詞:激光表面熱處理, 激光技術,    發布時間:2019-03-06

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激光表面熱處理是指利用激光束高能量產生的熱效應對金屬材料表面進行熱處理的一項新技術。該技術的工作過程是:用激光照射零件表面永旺彩票下载,可加熱至臨界相變溫度以上,移去激光束后永旺彩票下载,該表面迅速冷卻自行淬火。這在提高金屬表面的耐磨性、耐腐蝕性、耐疲勞性和沖擊性等方面永旺彩票下载,都取得明顯的效果。激光處理的優點是無污染,且屬局部表面處理永旺彩票下载, 壓力小、變形小,因而有廣闊的應用前景永旺彩票下载。



激光表面處理特點是加熱速度快,溫度高,無氧化,變形小永旺彩票下载,晶粒超細化永旺彩票下载,疲勞強度高,可以實現自冷淬火,特別適用于局部熱處理永旺彩票下载,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現的部位,并可以配置在生產線上。

激光熱處理在汽車行業應用極為廣泛,在許多汽車關鍵件上永旺彩票下载,如缸體、缸套、 曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座、搖臂、鋁活塞環槽等幾乎都可以采用激光熱處理。在大型機車制造業中,激光熱處理的應用永旺彩票下载永旺彩票下载,大大提高了機車的壽命永旺彩票下载,主要用于機車大型曲軸的激光熱處理永旺彩票下载、機車柴油機缸套和機車主簧片的激光熱處理永旺彩票下载。全國各地建立了不同規模的激光加工中心,可為各行業機器零件進行激光熱處理。激光表面熱處理裝置主要由激光器永旺彩票下载、導光系統、加工機床、控制系統、輔助設備及安全防護裝置所組成。



激光表面處理分類

根據材料的不同種類,調節激光功率密度、激光輻照時間等工藝參數,增加一定的氣氛條件永旺彩票下载,可進行激光表面淬火(相變硬化)永旺彩票下载、激光表面熔凝、激光表面合金化等激光表面處理。其特點如下:

1、激光表面淬火,主要通過相變硬化永旺彩票下载,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永旺彩票下载永旺彩票下载,材料表面快速熔化并激冷,獲得極細晶粒組織,顯著提高硬度和耐磨性永旺彩票下载;

3永旺彩票下载、激光表面合金化,利用多種方法永旺彩票下载,將添加元素置于基材表面(或吹人合金化氣體),在保護氣氛下永旺彩票下载,激光將二者同時加熱熔化,獲得與基材冶金結合的特殊合金層。


激光表面熱處理的特點

1)加熱和冷卻速度高。

2)高硬度。激光淬火層的硬度比常規淬火層提高15%-20%,可獲得極細的馬氏體晶粒。淬火硬度與加熱溫度有關,與保溫時間無關。硬化帶的部分重疊會產生明顯回火使硬度降低永旺彩票下载。硬化層較淺,與加熱時間的平方根成正比永旺彩票下载,通常為0.3~0.5mm。用lkW的激光器掃描時層深可達1mm,用6kW的激光器掃描時層深可達2mm。當要求淬火深度時,要嚴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4000MPa),有利于提高疲勞強度。由于加熱層薄,加熱速度快永旺彩票下载,即使很復雜的元件,變形也非常小。

4)表層顯微組織永旺彩票下载。由于激光加熱速度極快,相變在很大的過熱度下進行,形核率很大永旺彩票下载。因加熱時間又很短,碳原子的擴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針馬氏體組織。另外,經激光輻射加熱進行淬火的硬化層,從表面沿深度方向,溫度呈遞減分布永旺彩票下载,金屬中第二相隨著溫度的遞減永旺彩票下载,其熔解過程的特征在淬火組織中均能表現出來。


激光表面熱處理中注意事項

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濟適用的方法永旺彩票下载。黑化處理主要有涂碳法永旺彩票下载、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80%~ 90%永旺彩票下载,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永旺彩票下载。

2)激光束模式

激光熱處理的目的是希望獲得一個矩形的硬化斷面,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方法使激光束變成所需的形式;另一種方法是依靠調節激光器的諧振腔,使得光束中的功率密度較為均勻,還可獲得較高輸出功率永旺彩票下载。

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,應該選用長焦距的透鏡和聚焦反射鏡,一般為2mm左右永旺彩票下载。在激光處理中焦深也是一個非常重要的參數,焦距越大焦深也越大。在焦深很大時永旺彩票下载,零件的復雜形狀或較大的離焦對激光熱處理無明顯影響。
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