激光硬化是快速表面局部淬火工藝的一種高新技術(shù)。這種方法主要用于強(qiáng)化零件的表面,可以提高金屬材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強(qiáng)度和高溫性能;同時(shí)可使零件心部仍保持較好的韌性,使零件的機(jī)械性能具有耐磨性好、沖擊韌性高、疲勞強(qiáng)度高的特點(diǎn)。激光硬化可以大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量,成倍地延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,已廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)的許多產(chǎn)品上。
激光硬化一般分為三種工藝:激光相變硬化,激光熔化凝固硬化和激光沖擊硬化。它們共同的理論基礎(chǔ)是激光與材料相互作用的規(guī)律。三種工藝各自的特點(diǎn)主要是作用于材料上的激光能量密度不同,并且與激光作用于材料上的時(shí)間有關(guān)。
激光表面硬化與常規(guī)的硬化工藝比較,其發(fā)展歷史很短,但從已取得的效果來看,激光硬化處理工藝是一種具有很多特點(diǎn)的表面硬化處理新工藝。其主要特點(diǎn)有:
?。?)材料表面的高速加熱和高速自冷。
?。?)激光硬化處理后的工件表面硬度高,比常規(guī)淬火要高5-20%,可獲得極細(xì)的硬化層組織。
(3)由于激光加熱速度快,因而熱影響區(qū)小,淬火應(yīng)力及變形小。
(4)可以對(duì)形狀復(fù)雜的零件和不能使用其他常規(guī)方法處理的零件進(jìn)行局部硬化處理。同時(shí),也可以根據(jù)需要在同一零件的不同部位進(jìn)行不同的激光硬化處理。
(5)激光硬化工藝周期短,生產(chǎn)效率高,工藝過程易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制,自動(dòng)化程度高,可納入生產(chǎn)流水線。
?。?)激光硬化靠熱量由表及里的傳導(dǎo)自冷,無需冷卻介質(zhì),對(duì)環(huán)境無污染。
與傳統(tǒng)熱處理工藝相比,激光表面相變硬化具有淬硬層組織細(xì)化、硬度高、變形小、淬硬層深精確可控、無須淬火介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn),可對(duì)碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鈦合金、鋁合金、鎂合金等材料所制備的零件表面進(jìn)行硬化處理。
應(yīng)用實(shí)例
例1: 內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)溝側(cè)面激光相變硬化
活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)易損基礎(chǔ)件之一。為提高活塞環(huán)耐磨性延長(zhǎng)其使用壽命,對(duì)由42CrMo鋼制備的活塞環(huán)溝內(nèi)側(cè)進(jìn)行了激光相變硬化處理。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
工藝:激光輸出功率1.65kw,掃描速度22mm/s,光斑直徑3mm。
效果:激光硬化區(qū)主要是由細(xì)長(zhǎng)板條馬氏體和其間不連續(xù)分布的奧氏體所組成;除位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)外,在局部區(qū)域還出現(xiàn)了平行排列的微細(xì)孿晶組織;硬化區(qū)最大硬度為713HV0.1;硬化層深為0.5mm;激光硬化表面光潔度基本保持不變,變形量滿足形位公差要求。
例2: 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸激光相變硬化
螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是制冷機(jī)的關(guān)鍵部件,現(xiàn)多采用球墨鑄鐵制備而成,其主要失效形式是軸頸發(fā)生嚴(yán)重磨損。為此,采用激光相變硬化技術(shù)對(duì)軸頸進(jìn)行強(qiáng)化處理。
工藝:激光輸出功率1.1~2kw,掃描速度17mm/s,光斑直徑4mm。
效果:激光硬化區(qū)主要是由針狀馬氏體、奧氏體及團(tuán)絮狀組織所組成;硬化區(qū)平均硬度達(dá)HRC60以上;硬化區(qū)層深為1mm;使用壽命提高3倍。
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