任務(wù)4-2 激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用

1、 激光加工設(shè)備單元教學(xué)設(shè)計(jì) 項(xiàng)目4 激光熱處理設(shè)備 任務(wù)2 激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用授課班級(jí)上課時(shí)間 年 月 日 第 節(jié)上課地點(diǎn)所需課時(shí)4教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)通過(guò)對(duì)激光淬火、激光合金化、激光熔覆等技術(shù)的了解，培養(yǎng)學(xué)生閱讀、處理問(wèn)題的能力。了解激光淬火、激光合金化、激光熔覆等技術(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：激光淬火、激光合金化難點(diǎn)：激光淬火、激光合金化等技術(shù)的原理1、通過(guò)實(shí)物觀(guān)摩，增強(qiáng)學(xué)生的直觀(guān)印象，為解決本單元的教學(xué)重點(diǎn)打好基礎(chǔ)。2、通過(guò)觀(guān)摩和講解，并用多媒體手段，突破本課的難點(diǎn)。參考資料王中林.激光加工設(shè)備與工藝M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011. 鄭啟光.激光加工工藝與設(shè)備M. 北

2、京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010. 王秀軍.激光加工實(shí)訓(xùn)技能指導(dǎo)（下冊(cè)）M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014教學(xué)設(shè)計(jì)基本框架第一部分：組織教學(xué)和復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容 （時(shí)間： 分鐘）提問(wèn)：1.簡(jiǎn)述激光熱處理的種類(lèi)和主要工藝影響參數(shù)。 2.激光熱處理的分類(lèi)有哪些？第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容【步驟一】說(shuō)明主要教學(xué)內(nèi)容、目的 （時(shí)間： 分鐘） 了解激光淬火、激光合金化、激光熔覆等技術(shù)【步驟二】 新知識(shí)的引入 （時(shí)間： 分鐘）目前，激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)尚不普遍，主要是人們對(duì)激光技術(shù)的應(yīng)用，還存在不同程度的神秘化和偏見(jiàn)。激光技術(shù)、激光熱處理應(yīng)用推廣宣傳不夠，缺乏實(shí)踐。因此應(yīng)盡快把激光技術(shù)的科研成果，特別是激

3、光熱處理技術(shù)面向經(jīng)濟(jì)、面向市場(chǎng)、面向全社會(huì)，主要是為工業(yè)企業(yè)服務(wù)，不斷推廣，擴(kuò)大其應(yīng)用。下面介紹幾種常見(jiàn)的熱處理技術(shù)的應(yīng)用。 【步驟三】新知識(shí)學(xué)習(xí) （時(shí)間： 分鐘）知識(shí)點(diǎn)一 ：激光淬火1.激光淬火概念激光淬火是利用激光將材料表面加熱到相變點(diǎn)以上，隨著材料自身冷卻，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而使材料表面硬化的淬火技術(shù)。激光淬火的功率密度高，冷卻速度快，不需要水或油等冷卻介質(zhì)，是清潔、快速的淬火工藝。與感應(yīng)淬火、火焰淬火、滲碳淬火工藝相比，激光淬火淬硬層均勻，硬度高(一般比感應(yīng)淬火高1-3HRC)，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡容易控制，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不需要象感應(yīng)淬火那樣根據(jù)不同的零件尺寸設(shè)計(jì)相應(yīng)

4、的感應(yīng)線(xiàn)圈，對(duì)大型零件的加工也無(wú)須受到滲碳淬火等化學(xué)熱處理時(shí)爐膛尺寸的限制，因此在很多工業(yè)領(lǐng)域中正逐步取代感應(yīng)淬火和化學(xué)熱處理等傳統(tǒng)工藝。尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略，因此特別適合高精度要求的零件表面處理。激光淬火技術(shù)可對(duì)各種導(dǎo)軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內(nèi)壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進(jìn)行表面強(qiáng)化。適用材料為中、高碳鋼，鑄鐵。2.激光淬火的應(yīng)用激光淬火強(qiáng)化的鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸移動(dòng)圖冊(cè)，其硬度提高HB230提高到HB680，使用壽命提高23倍，如圖所示。情景展示：播放激光淬火視頻。設(shè)問(wèn)：1、什么是激光淬火？ 2、激光淬火的主要應(yīng)用有哪些？ 知識(shí)點(diǎn)二：激光合金化1、 激光合金

5、化概念 激光表面合金化是利用高能密度的激光束快速加熱熔化特性，使基材表層和添加的合金元素熔化混合，從而形成以原基材為基的新的表面合金層。2、激光合金化的特點(diǎn)激光表面合金化是達(dá)到表面強(qiáng)化的方法。該技術(shù)的特點(diǎn)是：一能在材料表面進(jìn)行各種合金元素的合金化，改善材料表面的性能；二能在零件需要強(qiáng)化部部位進(jìn)行局部處理。所以對(duì)節(jié)能、節(jié)材，提高產(chǎn)品零件的使用壽命具有重大的意義。情景展示：播放激光合金化視頻。設(shè)問(wèn)：1、什么是激光合金化？ 2、激光合金化的主要應(yīng)用有哪些？知識(shí)點(diǎn)三：激光熔覆1、激光熔覆概念激光熔覆亦稱(chēng)激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過(guò)在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之

6、與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。2、激光熔覆的應(yīng)用從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來(lái)看，其主要應(yīng)用于三個(gè)方面。一是對(duì)材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；二是對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90%以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1/5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對(duì)關(guān)鍵部件表面通過(guò)激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命，對(duì)模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2/3的制造成本，縮短

7、4/5的制造周期。三是快速原型制造。利用金屬粉末的逐層燒結(jié)疊加，快速制造出模型。利用激光熔敷技術(shù)快速制造零件的技術(shù)等。情景展示：播放激光熔覆視頻。設(shè)問(wèn)：1、什么是激光熔覆？ 2、激光熔覆的主要應(yīng)用有哪些？ 知識(shí)點(diǎn)四：激光快速成形技術(shù)利用激光束掃描如金屬板材誘發(fā)的內(nèi)部非均勻分布的熱應(yīng)力，使板材發(fā)生局部塑性屈服，從而使板材產(chǎn)生一定角度的彎曲變形。激光加熱彎曲成形是基于材料的熱脹冷縮特性，利用高能激光束掃描金屬薄板表面，在熱作用區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫度梯度，導(dǎo)致非均勻分布的熱應(yīng)力，使金屬板材發(fā)生塑性變形的工藝方法。目前，激光快速成型技術(shù)已在工業(yè)造型、機(jī)械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考

8、古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。情景展示：播放激光快速成型視頻。設(shè)問(wèn)：1、什么是激光快速成型？ 2、激光快速成型的應(yīng)用有哪些？知識(shí)點(diǎn)五：激光清洗與毛化技術(shù)1、激光清洗技術(shù)激光清洗傳統(tǒng)清洗工業(yè)有各種各樣的清洗方式，多是利用化學(xué)藥劑和機(jī)械方法進(jìn)行清洗。在我國(guó)環(huán)境保護(hù)法規(guī)要求越來(lái)越嚴(yán)格、人們環(huán)保和安全意識(shí)日益增強(qiáng)的今天，工業(yè)生產(chǎn)清洗中可以使用的化學(xué)藥品種類(lèi)將變得越來(lái)越少。如何尋找更清潔，且不具損傷性的清洗方式是我們不得不考慮的問(wèn)題。而激光清洗具有無(wú)研磨、非接觸、無(wú)熱效應(yīng)和適用于各種材質(zhì)的物體等清洗特點(diǎn)，被認(rèn)為是最可靠、最有效的解決辦法。同時(shí)，激光清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無(wú)法解決的

9、問(wèn)題。激光清洗不但可以用來(lái)清洗有機(jī)的污染物，也可以用來(lái)清洗無(wú)機(jī)物，包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實(shí)際應(yīng)用情況，這些技術(shù)已非常成熟，已被廣泛應(yīng)用。2、激光毛化技術(shù)技術(shù)激光毛化技術(shù)是指采用高能量，高重復(fù)頻率的脈沖激光束在聚焦后的負(fù)離子照射到軋輥表面實(shí)施預(yù)熱和強(qiáng)化，在聚集后的聚集點(diǎn)射到軋輥表面形成微小的熔池，能按照設(shè)定的要求形成圓弧形突臺(tái)，應(yīng)用于特定行業(yè)。 如激光毛化軋輥具有較長(zhǎng)的使用壽命，提高軋制速度，減少板面擦傷，改善板型，提高鋼板深沖性能和涂漆后光亮度。激光毛化技術(shù)還能應(yīng)用于生產(chǎn)毛化鋼板和毛化磁盤(pán)，在摩擦學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都發(fā)揮更大的作用。情景展示：播放激光清洗與毛化視頻。設(shè)問(wèn)：1、什么是激光清洗與毛化技術(shù)？ 2、激光清洗與毛化技術(shù)有哪些應(yīng)用？【步驟四】總結(jié) （時(shí)間：