激光热处理技术原理及应用

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激光热处理技术原理及应用  



   原理：激光的穿透能力极强，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化，即激光相变硬化。激光热处理就是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理的方法，对材料实现相变硬化、表面合金化等表面改性处理，产生用其它表面淬火达不到的表面成分、组织、性能的改变。
  

    特点：高速加热，高速冷却，获得的组织细密、硬度高、耐磨性能好；淬火部位可获得大于400kgf/mm2的残余压应力，有助于提高疲劳性能；还可以进行局部选择性淬火，通过对多光斑尺寸的控制，更适合其它热处理方法无法胜任的管孔、深沟、微区、夹角和刀具刃口等局部区域的硬化；激光可以远距离传送，可以实现一台激光器多工作台同时使用，采用计算机编程实现对激光热处理工艺过程的控制和管理，实现生产过程的自动化。  

    应用：随着大功率CO2激光器的发展，用激光就可以实现各种形式的表面处理，许多汽车关键件，如：缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、排气门、阀座、摇臂、铝活塞环槽等几乎都可以采用激光热处理。美国通用汽车公司用十几台千瓦级CO2激光器，对转向器壳内壁局部硬化，日产3万套，提高工效四倍；中国采用大功率CO2激光器对汽车发动机缸孔内壁进行强化处理，可延长发动机大修里程到15万公里以上；激光热处理过的缸体、缸套淬硬带的耐磨性大幅度提高，未淬硬带可增加储油，改善润滑性能。  

    缸体激光热处理设备及生产线激光涂覆与激光合金化工艺相似，但不同的是不另外加入合金，使金属表面融化随即冷却凝固，从而得到细微的接近均匀的表层组织，对于某些共晶合金，还可得到非晶态表层，具有极好的抗腐蚀性能，例如，在柴油发动机铸铁阀座上进行铬基表面涂覆，可获得良好的不锈钢表面。  

    1997年，武汉华工激光设计开发出“切诺基”发动机缸体激光淬火生产线，采用了若干国内外首创的技术，包括：采用高吸收率的新型吸光材料及喷涂技术，代替常规的磷化处理淬火，质量更好，并使该道工序机床化；激光淬火系统－包括主机2kW的CO2激光器、高精度的数控淬火机床和无人值班的冷却系统，高度稳定可靠；一次完成的缸壁内孔清洗技术。从该生产线投入生产至今，与国外的先进汽车制造设备一道共生产10万只左右发动机缸体，提高了缸体表面硬度和耐磨性，延长发动机使用寿命1~3倍。