论文部分内容阅读
【摘 要】激光加工技术是一种低噪音、节约材料、无粉尘污染、非接触的环保加工技术。利用激光为热源对材料表面进行短暂的热处理，由于材料具有热传导散热作用，从而使材料表面获得新的组织、成分、物理及化学性能，同时对材料基体的影响降到最低，使其具有材料表面改性的作用，获得较好的硬度、耐腐蚀性、耐磨损性能等。
【关键词】激光 激光熔凝 晶粒细化
目前，随着激光技术的不断发展与成熟，激光技术已经应用到各个领域。激光加工技术诞生于20世纪70年代初，激光器功率的快速发展带动了激光加工技术的进步。它主要利用激光的单色性、高辐射强度和高方向性等优点，把高能激光束作为热源对金属材料表面进行局部快速加热，依靠材料的热传导进行快速冷却，从而使被激光加热过的表面区域组织、成分、物理及化学性能发生变化，达到改变表面性能的目的，同时也可以改善金属材料表面的硬度、耐磨性、耐蚀性等多种性能。实际激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工包括激光焊接、表面改性和激光钻孔等；光化学反应加工应用相对较少，激光刻蚀、光化学沉积和立体光刻是它主要应用方向。
1 激光表面处理技术的特点
（1）激光作用精度相对较高，并且高能量密度热源具有可控性；（2）材料表面发生结构、组织和成分的改变，但是基体受到的影响非常小。（3）激光处理过程短暂，更适合实现现代自动化[1]。（4）能量作用集中在一定的范围和深度，对材料的位置处理具有一定精度，整个处理过程中与材料表面保持一定距离接触，使金属材料不受任何外力作用和变形影响。（5）激光加热速度迅速，会从工件内部至表面产生较大的温度差，冷却时间短暂，这是一个非平衡处理过程，有可能形成过饱和固溶体和亚稳相甚至非晶态。（6）因为激光处理淬火形式特殊，激光表面改性冷却处理，无其他气体、废液、残渣产生。
2 激光表面处理技术的应用
激光熔凝是激光表面处理技术的一种，利用高能量的激光发生器对材料表面进行快速熔化和凝固处理，使其达到固溶强化、沉淀强化和细化强化等效果，使材料表面获得更好的综合性能。过去激光熔凝技术应用范围小，主要应用在高碳钢和铸铁上，因为高碳钢和铸铁在快速熔化和凝固的过程中，内部组织被细化并形成许多稳定金属相和共晶体，使得获得的钢材表面具有优于原来表面的性能。
激光表面熔凝技术对于铸铁的处理是非常成功的。枝晶铸态结构是灰铸铁熔凝区形成的组织，由树枝状晶和枝间层片状莱氏体构成，白色的残余莱氏体附着在莱氏体周围，同时孪晶亚结构的马氏体还存在于枝状晶内。对不同类型的球墨铸铁，熔凝层组织均为细小、均匀的莱氏体和针状马氏体及残余留氏体。
在汽车行业，汽车铸铁凸轮应用了此项技术。先前一直使用钨极氩弧重熔方法，但是这项技术处理后材料表面会出现气孔、微裂纹和化学成分发生变化等缺陷，而激光熔凝在一定程度上能避免或减少这些缺陷，所以受到德国大众汽车公司的重视，乃至目前为更多的汽车公司所采用。当激光功率密度为100W/cm2-110W/cm2时，大部分金属在形成熔池过程中，传热和传质主要由于熔池表面张力的梯度所形成的应力差决定的。激光的发生功率、被熔凝材料和光束形状的变动会导致熔池的对流发生变化，可能会由原来的层流运动变为紊流。例如，熔池单环流动和双环流动方式会受光束横截面的形状影响[2]。激光熔凝处理灰铸铁，可以是灰铸铁的内部由原来的粗大晶粒转变为细小的晶粒，其耐磨性高于冷激铸铁，因此这项技术得到了广泛认可与应用[3]。
应用激光表面熔凝技术，在可锻铸铁的摩托车凸轮轴表面获得了宽4.4mm-4.6mm，熔层厚0.3mm，硬化层厚0.8mm，表面显微硬度是850，耐磨性很高的熔凝层。对耐磨铸铁活塞环进行处理后，寿命提高了一倍，且与汽缸配副性良好。对珠光体+铁素体基的铸铁梳棉机梳板进行处理后，明显提高耐磨性和抗崩裂性，且保持了低的表面粗糙度。
对Cr12钢表面进行了激光熔凝处理。结果表明，激光熔凝后获得超细化的枝晶组织，其组织为树枝状初晶A′和树枝间层片状共晶（A′+（Cr、Fe）7C3）。组织细化，奥氏体应力应变诱发马氏体转变，磨损中大量位错团的产生是激光处理后Cr12钢耐磨性提高的原因。
结语
由于激光具有特殊的加工特点，激光熔凝处理后的金属材料，晶粒得到细化，材料表面耐磨性提高，它在各个领域的应用越来越广泛，这项技术为人类带来巨大的利润，但还需要我们继续深入开发和研究它的特性，不断完善这项技术。
参考文献
[1]钟敏森等.高功率激光加工其应用[M].天津：天津科学技术出版社，1994：145-152.
[2]李志忠.激光表面强化[M].北京：机械工业出版社，1992：127-131.
【关键词】激光 激光熔凝 晶粒细化
目前，随着激光技术的不断发展与成熟，激光技术已经应用到各个领域。激光加工技术诞生于20世纪70年代初，激光器功率的快速发展带动了激光加工技术的进步。它主要利用激光的单色性、高辐射强度和高方向性等优点，把高能激光束作为热源对金属材料表面进行局部快速加热，依靠材料的热传导进行快速冷却，从而使被激光加热过的表面区域组织、成分、物理及化学性能发生变化，达到改变表面性能的目的，同时也可以改善金属材料表面的硬度、耐磨性、耐蚀性等多种性能。实际激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工包括激光焊接、表面改性和激光钻孔等；光化学反应加工应用相对较少，激光刻蚀、光化学沉积和立体光刻是它主要应用方向。
1 激光表面处理技术的特点
（1）激光作用精度相对较高，并且高能量密度热源具有可控性；（2）材料表面发生结构、组织和成分的改变，但是基体受到的影响非常小。（3）激光处理过程短暂，更适合实现现代自动化[1]。（4）能量作用集中在一定的范围和深度，对材料的位置处理具有一定精度，整个处理过程中与材料表面保持一定距离接触，使金属材料不受任何外力作用和变形影响。（5）激光加热速度迅速，会从工件内部至表面产生较大的温度差，冷却时间短暂，这是一个非平衡处理过程，有可能形成过饱和固溶体和亚稳相甚至非晶态。（6）因为激光处理淬火形式特殊，激光表面改性冷却处理，无其他气体、废液、残渣产生。
2 激光表面处理技术的应用
激光熔凝是激光表面处理技术的一种，利用高能量的激光发生器对材料表面进行快速熔化和凝固处理，使其达到固溶强化、沉淀强化和细化强化等效果，使材料表面获得更好的综合性能。过去激光熔凝技术应用范围小，主要应用在高碳钢和铸铁上，因为高碳钢和铸铁在快速熔化和凝固的过程中，内部组织被细化并形成许多稳定金属相和共晶体，使得获得的钢材表面具有优于原来表面的性能。
激光表面熔凝技术对于铸铁的处理是非常成功的。枝晶铸态结构是灰铸铁熔凝区形成的组织，由树枝状晶和枝间层片状莱氏体构成，白色的残余莱氏体附着在莱氏体周围，同时孪晶亚结构的马氏体还存在于枝状晶内。对不同类型的球墨铸铁，熔凝层组织均为细小、均匀的莱氏体和针状马氏体及残余留氏体。
在汽车行业，汽车铸铁凸轮应用了此项技术。先前一直使用钨极氩弧重熔方法，但是这项技术处理后材料表面会出现气孔、微裂纹和化学成分发生变化等缺陷，而激光熔凝在一定程度上能避免或减少这些缺陷，所以受到德国大众汽车公司的重视，乃至目前为更多的汽车公司所采用。当激光功率密度为100W/cm2-110W/cm2时，大部分金属在形成熔池过程中，传热和传质主要由于熔池表面张力的梯度所形成的应力差决定的。激光的发生功率、被熔凝材料和光束形状的变动会导致熔池的对流发生变化，可能会由原来的层流运动变为紊流。例如，熔池单环流动和双环流动方式会受光束横截面的形状影响[2]。激光熔凝处理灰铸铁，可以是灰铸铁的内部由原来的粗大晶粒转变为细小的晶粒，其耐磨性高于冷激铸铁，因此这项技术得到了广泛认可与应用[3]。
应用激光表面熔凝技术，在可锻铸铁的摩托车凸轮轴表面获得了宽4.4mm-4.6mm，熔层厚0.3mm，硬化层厚0.8mm，表面显微硬度是850，耐磨性很高的熔凝层。对耐磨铸铁活塞环进行处理后，寿命提高了一倍，且与汽缸配副性良好。对珠光体+铁素体基的铸铁梳棉机梳板进行处理后，明显提高耐磨性和抗崩裂性，且保持了低的表面粗糙度。
对Cr12钢表面进行了激光熔凝处理。结果表明，激光熔凝后获得超细化的枝晶组织，其组织为树枝状初晶A′和树枝间层片状共晶（A′+（Cr、Fe）7C3）。组织细化，奥氏体应力应变诱发马氏体转变，磨损中大量位错团的产生是激光处理后Cr12钢耐磨性提高的原因。
结语
由于激光具有特殊的加工特点，激光熔凝处理后的金属材料，晶粒得到细化，材料表面耐磨性提高，它在各个领域的应用越来越广泛，这项技术为人类带来巨大的利润，但还需要我们继续深入开发和研究它的特性，不断完善这项技术。
参考文献
[1]钟敏森等.高功率激光加工其应用[M].天津：天津科学技术出版社，1994：145-152.
[2]李志忠.激光表面强化[M].北京：机械工业出版社，1992：127-131.