激光热处理解决了传统金属热处理难题

时间：2013-06-04 【转载】阅读

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由于激光热处理有相当明显的优点，解决了传统金属热处理不能解决或不容易解决的技术难题，在国内外受到高度重视，激光热处理得到迅速的发展。大功率CO2激光器从70年代起发展很快，先进的工业国家大功率CO2激光器已产品化、系列化。
　　我国从“七五”以后相继研制成功了千瓦级万瓦级大功率CO2多模激光器。随着大功率激光器的发展，用激光就可以实现各种形式的表面处理。它是引起材料组织结构变化的冶金过程，其加热时间在10-3s~10-7s的范围内，功率密度为每平方毫米大于0.1kw。它的应用极为广泛，几乎一切金属表面热处理都可以应用。目前应用比较多的有汽车、冶金、石油、重型机械、农业机械等存在严重磨损的机器行业，以及航天、航空等高技术产品。激光热处理在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、派启发、阀座、摇臂、铝活塞环槽等几乎都可以采用激光热处理。例如：美国通用汽车公司用十几台千瓦级co2激光器，对换向器壳内壁局部硬化，日产3万套，提高工效四倍。我国采用大功率co2激光器对汽车发动机进行缸孔强化处理，可延长发动机大修里程到15万公里以上，一台汽缸等于三台不经处理的汽缸。
　　激光热处理在大型机车制造业已被采用，大大提高了机车寿命，主要是机车大型曲轴的激光热处理和机车柴油机缸套和机车主簧片的激光热处理。它们的模具制造工艺复杂，精度要求高，形状各异，应用广泛，但往往因模具的寿命短而加大了成本，返修也很困难。用激光对模具表面进行热处理，已逐渐被认识和被采用，可成倍的提高模具的寿命，又不受形状和尺寸的限制。激光热处理过的曲轴由于激光热处理越来越显示其优越性，各种大功率CO2激光热处理不断问世。有些大型企业不惜代价引进国外先进设备，如大连机车车辆厂引进德国6000wCO2激光器由于大型曲轴热处理生产线等。与此同时，国产大功率CO2激光热处理设备销售每年也成倍增长，激光热处理生产线在各地相继发展起来。目前比较成功的例子有大连机车车辆厂由于机车曲轴、缸套、立簧片的激光热处理生产线；西安内燃机厂柴油机缸套激光热处理生产线；北京内燃机及首都汽车公司的汽车发动机缸套激光热处理生产线；长春第一汽车制造厂激光热处理生产线。同时全国各地建立了不同规模的激光加工中心，为各行业机器零件进行激光热处理。
　　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。

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