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激光硬化技术
2012-11-21 点击次数:

    激光硬化是在金属材料表面进行局部快速硬化的一种高新技术,它可以提高材料表面硬度、耐磨性、强度以及高温性能,同时,又可保持材料心部良好的塑韧性,使材料整体性能优越。

    激光硬化一般分为三种工艺:激光相变硬化、激光熔凝硬化、激光冲击硬化。

    1、激光相变硬化

    在该工艺中,以功率密度为104~105W/cm2的激光束扫描工件,被照射的工件表面在极短的时间内迅速升温至高于相变点而低于熔点的温度。当激光束离开被照射部位时,由于热传导作用,处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火,进而实现工件表面相变硬化。整个过程是在快速加热和快速冷却下完成的,得到的硬化层组织均匀细密,硬度亦高于常规淬火的硬度。

    2、激光熔凝硬化

    激光熔凝硬化所使用的激光功率密度为105~107W/cm2,在极短的时间内(10-8~10-12s)与金属交互作用,使金属表面局部区域在瞬间被加热到熔点以上相当高的温度,随后借助冷态的金属基体吸收和传导作用,使已熔化的极薄金属快速凝固。激光熔凝硬化得到的是铸态组织,其硬度较高,耐磨性较好。激光熔凝是一种重要的基础工艺,适当的变化一些工艺参数或添加一些金属与合金,可以扩展为激光合金化、熔覆以及非晶化。

    3、激光冲击硬化

    激光冲击硬化所用激光功率密度极高,在108W/cm2以上,在极短时间内(20~40ns)将金属材料表面加热到足以使其汽化的温度,产生高达105个大气压,使金属材料表面产生强烈的塑性变形,使激光冲击波作用区的显微组织呈现复杂的位错缠结网络,该组织可以显著提高材料的表面硬度、屈服强度以及疲劳强度。

    激光硬化的优点:

    (1)材料表面的加热、冷却速度极快,可获得极细的硬化层组织,工件表面硬度高,一般比常规淬火硬度高5~20% ;

    (2)热影响区小,热变形小;

    (3)可对形状复杂或常规方法无法处理的零件进行局部硬化处理,如具有沟槽的零件;

    (4)工艺周期短,生产效率高,易实现自动化;

    (5)自冷淬火,无需淬火介质,对环境无污染。

    激光硬化的缺点:

    (1)只是表面局部硬化,无助于心部性能的改变;

    (2)硬化面积小、深度浅,不适用于大负荷重型零件;

    (3)设备成本高,一次性投入大。


 
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