激光表面熱處理工藝過程

激光表面熱處理技術(shù)（工藝）內(nèi)容來源網(wǎng)絡(luò)，由“深圳機(jī)械展（11萬吧1100多家展商，超10萬觀眾了收集整理！更多cnc加工中心、車銑磨鉆床、線切割、數(shù)控刀具工具、工業(yè)機(jī)器人、非標(biāo)自動(dòng)化、數(shù)字化無人工廠、精密測(cè)量、3D打印、激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展示，就在深圳機(jī)械展.關(guān)鍵字：激光表面熱處理激光本身是一種相位一致、波長一定、方向性極強(qiáng)的電磁波激光束是由一系列反射鏡和透鏡來控制的,它可以聚焦成直徑很小的光（直徑只有0.1mm）,從而可以獲得極高的功率密度（104~109可/頃2）。激光與金屬之間的互相作用按激光強(qiáng)度和輻射時(shí)間分為幾個(gè)階段吸收光束、能量傳遞、金屬組織的改變、激光作用的冷卻等。它對(duì)材料表面可產(chǎn)生加熱、熔化和沖擊作用。隨著大功率激光器出現(xiàn)以及激光束調(diào)制、瞄準(zhǔn)等技術(shù)的發(fā)展激光技術(shù)進(jìn)入金屬材料表面熱處理和表面合金化技術(shù)領(lǐng)域并在近年得到迅速發(fā)展。激光表面處理采用大功率密度的激光束、以非接觸性的方式加熱材料表面借助于材料表面本身傳導(dǎo)冷卻,來實(shí)現(xiàn)其表面改性的工藝方法。激光表面熱處理是以激光作為熱源的表面處理技術(shù)其研究的是金屬材料及其制品在激光的作用下組織和性能的變化規(guī)律以及它在工業(yè)行業(yè)中所必須解決的工藝和裝備因此激光熱處理是涉及化學(xué)、材料科學(xué)與工程、機(jī)械和自動(dòng)控制工程等多學(xué)科的高新技術(shù)，是傳統(tǒng)熱處理的發(fā)展與補(bǔ)充。采用激光熱處理可以做到其它熱處理方式難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)目標(biāo)，所以國內(nèi)外對(duì)于激光熱處理的研究、開發(fā)和應(yīng)用都正處于上升階段。激光表面熱處理特點(diǎn)主要有：

在零件表面形成細(xì)小均勻、層深可控、含有多種介穩(wěn)相和金屬間化合物的高質(zhì)量表面強(qiáng)化層。其應(yīng)用的潛力首先在于大幅度提高表面硬度、耐磨性和抗接觸疲勞的的能力以及制備特殊的耐腐蝕功能表層。強(qiáng)化層與零件本體形成最佳的冶金結(jié)合，解決許多傳統(tǒng)表面強(qiáng)化技術(shù)難以解決的技術(shù)關(guān)鍵。依靠零件本體熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)急冷，無需冷卻介質(zhì)而冷卻特性優(yōu)異。與各種傳統(tǒng)熱處理技術(shù)相比具有最小的變形，可以用處理工藝來控制變形量?？商幚砹慵奶囟ú课灰约捌渌椒y以處理的部位，以及表面有一定高度差的零件,可進(jìn)行靈活的局部強(qiáng)化?！銦o需真空條件，即使在進(jìn)行特殊的合金化處理時(shí)，也只需吹保護(hù)性氣體即可有效防止氧化及元素?zé)龘p。7酒己有計(jì)算機(jī)控制的多維空間運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的現(xiàn)代大功率激光器，特別適用于生產(chǎn)率很高的機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。8.生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好。激光表面熱處理按照處理過程中因?yàn)椴捎玫墓に嚪绞讲煌蛘卟捎孟嗤墓に嚪绞街幸騾?shù)的大小不同而產(chǎn)生不同的組織性能，可分為多種處理工藝，包括激光相變硬化，激光表面熔凝激光表面合金化，激光表面熔覆，激光表面沖擊等，這些表面處理方法都利用了激光的高亮度、高方向性、高單色性和高相干性綜合優(yōu)異性能。

激光表面淬火激光淬火技術(shù)，是利用聚焦后的激光束快速加熱鋼鐵材料表面，使其發(fā)生相變，形成馬氏體淬硬層的過程。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。激光表面淬火的特點(diǎn)，激光表面淬火是一種利用高能量激光束掃描工件使被掃描的區(qū)域表面硬化的技術(shù)。（1） 激光淬火是快速加熱、自激冷卻，不需要爐膛保溫和冷卻液淬火，是一種無污染綠色環(huán)保熱處理工藝，可以很容易實(shí)行對(duì)大型模具表面進(jìn)行均勻淬火。（2） 由于激光加熱速度快，熱影響區(qū)小，又是表面掃描加熱淬火，即瞬間局部加熱淬火，所以被處理的模具變形很小。（3） 由于激光束發(fā)散角很小，具有很好的指向性，能夠通過導(dǎo)光系統(tǒng)對(duì)模具表面進(jìn)行精確的局部淬火。（4）激光表面淬火的硬化層深度一般為0.3~1.5mm。對(duì)大型齒輪的齒面、大型軸類零件的軸頸進(jìn)行淬火，表面粗糙度基本不變，不需要后續(xù)機(jī)械加工就可以滿足實(shí)際工況的需求。激光熔凝淬火技術(shù)是利用激光束將基材表面加熱到熔化溫度以上，由于基材內(nèi)部導(dǎo)熱冷卻而使熔化層表面快速冷卻并凝固結(jié)晶的工藝過程。獲得的熔凝淬火組織非常致密，沿深度方向的組織依次為熔化-凝固層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材。激光熔凝層比激光淬火層的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。該技術(shù)的不足之處在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破壞，一般需要后續(xù)機(jī)械加工才能恢復(fù)。為了降低激光熔凝處理后零件表面的粗糙度，減少后續(xù)加工量，本司配制了專門的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝層的表面粗糙度?，F(xiàn)在進(jìn)行激光熔凝處理的冶金行業(yè)各種材料的軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等工件，其表面粗糙度已經(jīng)接近激光淬火的水平。激光淬火現(xiàn)已成功地應(yīng)用到冶金行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、石油化工行業(yè)中易損件的表面強(qiáng)化，特別是在提高軋輥、導(dǎo)衛(wèi)、齒輪、剪刃等易損件的使用壽命方面，效果顯著，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。近年來在模具、齒輪等零部件表面強(qiáng)化方面也得到越來越廣泛的應(yīng)用。激光表面熔覆激光表面熔覆技術(shù)是指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等的工藝方法。激光熔覆的特點(diǎn)（1） 由于激光的快速加熱和冷卻過程，激光熔覆層組織細(xì)小，結(jié)構(gòu)致密。（2） 由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱過程，激光熔覆對(duì)基材的熱影響小，引起的變形小。激光熔覆可以有效地修補(bǔ)裂痕、崩角以及磨損的密封邊。（3） 激光束的功率、位置和形狀等能夠精確控制，易實(shí)現(xiàn)選區(qū)甚至微區(qū)熔覆修復(fù)。（4）熔覆層的稀釋率小，可精確控制，熔覆層成分具有可設(shè)計(jì)性。無接觸型處理，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和柔性加工。目前激光熔覆技術(shù)進(jìn)一步面臨主要問題①對(duì)激光熔覆過程裂紋的形成和行為缺乏深入的研究；②尚缺乏特別針對(duì)激光熔覆過程特別的容輔材料；③激光熔覆過程的檢測(cè)和實(shí)施的自動(dòng)化控制不夠完善。其中，裂紋的問題尤為嚴(yán)重。激光表面合金化激光表面合金化是采用激光加熱，使金屬表面合金化，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的方法，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。⑴合金層硬度以WC/Co為添加粉末合金化后，主要獲得M6C型碳化物，硬度約為1300HV，由于碳化物量很流，呈細(xì)網(wǎng)格分布，基體又為馬氏體組織，所以表面硬度達(dá)1000HV以上。Cr3C2合金化以后，組織特征為基體上分布分布著網(wǎng)狀碳化物，析出的碳化物為M7C3型，這種碳化物硬度高達(dá)2100HV，由于合金碳化物在基體中分布較稀。故表層硬度也只有1000HV左右。在WC/Co中加入Ni粉以后，合金層中碳化物類型并不發(fā)生變化，但基體中出現(xiàn)奧氏體。Ni的加入量越多，奧氏體量越高。硬度也隨著下降。激光表面合金化，可以根據(jù)合金化成分構(gòu)控制，得到高硬度的合金層。⑵激光表商合金化的磨損性能靜載滑動(dòng)磨損時(shí)，在單束斑掃描條件下，以WC/Co合金化時(shí)的耐磨性比45鋼(淬火態(tài))，提高17倍以上，比Cr3C2/Ni-Cr提高12倍。寬帶掃描時(shí)，用WC/Co合金化后，耐磨性提高28倍。激光表面合金化的強(qiáng)化機(jī)制，是相變硬化、固溶強(qiáng)化和碳化物強(qiáng)化的綜合強(qiáng)化結(jié)果。WC/Co合金化后基體為馬氏體，M6C型碳化物的硬度為1300HV左右，在磨損時(shí)，將首先選擇性磨損馬氏體基體，碳化物漸漸露出磨面，由于碳化物網(wǎng)的支撐作用，所以合金化展表現(xiàn)出極高的耐磨性。激光熱處理現(xiàn)有水平及發(fā)展趨勢(shì)，激光熱處理具有加熱和冷卻速度快、工件變形小、可進(jìn)行局部熱處理、工藝靈活性大、污染小和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。目前，國外應(yīng)用較多的激光熱處理主要有激光表面相變硬化、激光沖擊處理、激光表面合金化和激光表面熔凝等。激光表面相變硬化處理現(xiàn)已用于鑄鐵、碳鋼、合金鋼、鈦合金、鋁合金等材料。美國海軍面射武器中心及陸軍導(dǎo)彈分部對(duì)用于導(dǎo)彈上的凸輪、軸承、齒輪等零件進(jìn)行激光表面相變硬化代替滲碳或滲氮工藝而取得了成功。該階段的主要特點(diǎn)：1.激光熱處理設(shè)備已商業(yè)化,正朝小型化、自動(dòng)化和柔性化方向發(fā)展；2.激光表面相變硬化處理工藝日趨成熟,廣泛用于汽車、航空航天、武器等工業(yè)部門；3.激光表面合金化工藝因具有極大的經(jīng)濟(jì)效益倍受各國的重視，研究工作進(jìn)展較大，但仍處于基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)、組織分析和性能試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室研究階段尚未進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用；4.開展了激光涂覆處理、激光表面熔凝、激光脈沖沖擊強(qiáng)化處理和激光滲氮處理等工藝的研究。隨著激光技術(shù)的發(fā)展,激光器功率的提高，激光熱處理的優(yōu)