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0431-81702023
光學工程
激光熔凝、激光上釉及其他激光工藝

一、激光熔凝

  激光熔凝又稱激光晶粒細化,它是利用比激光相變硬化更高的激光能量(~105w/cm2),使金屬表面快速熔化并造成熔化金屬與基體之間很大的溫度梯度,激光移開后,熔化金屬快速凝固,表面獲得極細或超細的組織結構,表面成分偏析減少,表層的缺陷與微裂紋可被熔合,同時,通過液態自淬火快速凝固可形成較深的硬化層。激光熔凝的主要目的是提高硬度和耐磨性能,其應用范圍包括:

  1.鑄鐵熔凝處理

  鑄鐵是激光熔凝最理想的材料,處理后可使夾雜物溶解,在熔化區獲得細枝晶組織。和微細的金屬間化合物,從而提高硬度、耐磨、耐蝕性能。如FC25鑄鐵2kW的CO2激光輻照后,其表面0.7mm是熔凝層,表面硬度可達1000HV,強化層深度約2mm。下面列出幾種鑄鐵熔凝層的硬度及耐磨性。

  (1)灰口鑄鐵:具有HV250.硬度的珠光體基體和片狀石墨鑄鐵,經激光表面熔凝處理后,組織為含有馬氏體的細小的白口鑄鐵型凝固組織,硬度為HV800~950,磨料磨損性能大為提高。

  (2)球墨鑄鐵:具有HV180硬度的鐵素體基體球墨鑄鐵,經激光表面熔化處理后,組織主要為含馬氏體的細小的白口鑄鐵型凝固組織,硬度為HV400~950,具有良好的的耐磨性。

  

  (3)白口鑄鐵:具有HV670的白口鑄鐵、經激光表面熔凝處理后,組織細化生成馬氏體相,組織形態沒變,硬度提高到HV800以上,且對抗磨料磨損有良好影響。

  (4)硅鑄鐵:含約6.0%Si,約2.5%C的鐵素體基體加片狀石墨鑄鐵,硬度為HV240的硅鑄鐵,經激光溶凝處理后,得到細小的凝固組織,其最高硬度可超過HV1000,耐磨性得到很大提高。

  2.具鋼激光熔凝處理

  具鋼激光熔凝處理,可使碳化物很快溶解并隨后產生細小而彌散分布的碳化物,從而提高紅硬性與刀具使用壽命,高速鋼刀具激光熔凝與常規熱處理后的硬度的比較。處理工藝;刀具先經常規淬火與回火處理,再用釹脈沖激光器進行熔凝處理,激光功率為7J光斑直徑為0.4mm凝層深度為500μm織為細馬氏體,殘余奧氏體,鐵素體及未熔碳化物。

  3.Al-Si合金激光熔凝處理

  在汽車及其相關工業中,鋁硅合金廣泛用作鑄造合金,尤其是Al-13Si和Al-8Si-3Cu,這些合金通過硅和初生鋁相的共晶析出得以強化,此時的初生硅相是粗大的,通過熔凝處理可產生細小的共晶組織,且均勻分布,從而改善了Al-Si合金性能。

  二、激光上釉

  激光上軸又稱激光非晶化,由于熔化層的急冷速度高達106℃/S不及形成晶核進行結晶,并抑制了熔體的外延長大,形成類似玻璃狀的非晶態組織(稱之為金屬玻璃)這種材料具有各向同性的力學性能,如鐵系非晶態的強度極限可達到4000MPa,且塑性也好,室溫下可冷壓近30%~50%,能多次彎曲180o,對裂紋等缺陷敏感性很小,此外,金屬材料激光非晶化處理后,表面耐腐蝕,抗氧化,耐磨性大為提高。

  三、激光沖擊硬化

  激光沖擊硬化是利用高峰值功率密度的激光束和工件材料的相互作用產生的強應力波,沖擊金屬表面使其產生塑性變形,提高力學性能的一項技術。工藝處理過程首先是將待沖擊工件部位涂上黑漆,并用石英玻璃薄片貼合在試件待沖擊區域,以形成透明的保護層。在激光輻照下,由于瞬間的高溫,黑漆蒸發為氣體并形成沖擊波,傳入工件內部,其瞬間的壓力峰值可達*"P$%左右,在高壓力作用下,工件表面產生塑性變形,形成殘余壓應力,表面微觀結構發生變化,位錯密度增加,從而改變金屬材料表層性能。


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