激光熱處理的原理

（1）激光硬化（激光淬火）主要分為兩種工藝：激光相變硬化、激光熔覆硬化。激光相變硬化是以高能量的激光束快速掃描工作，使被照射的金屬或合金表面溫度一極快速度升到高于相變點(diǎn)而低于熔化溫度。當(dāng)激光束離開被照射部位是，由于熱傳導(dǎo)的作用，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進(jìn)行自冷淬火，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工件的表面相變硬化。這一過程是在快速加熱和快速冷卻下完成的，所以得到的硬化層組織較細(xì)，硬度亦高于常規(guī)淬火的硬度。激光熔凝硬化是以很高的激光功率密度，在極短的時(shí)間內(nèi)與金屬交互作用，使金屬表面局部區(qū)域在瞬間被加熱到相當(dāng)高的溫度使之熔化，隨后借助于冷態(tài)的金屬基體吸熱和傳導(dǎo)作用，使已熔化的極薄表層金屬快速凝固。激光熔化凝固硬化得到的是鑄態(tài)組織，其硬度較高，耐磨性亦較好。激光淬火能使材料表面呈超細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，無表面熱變形，硬度提高30%-50%。

（2）激光熔覆是通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝，使基材表面形成于基體冶金結(jié)合的熔覆層。粉末容量由送粉系統(tǒng)進(jìn)行控制，熔覆層的厚度可調(diào)，并可多層重熔。工作熔覆后在經(jīng)過機(jī)械加工，從而達(dá)到修復(fù)局部損傷工件的目的。

（3）激光合金化也是利用高能密度的激光束所產(chǎn)生的快速熔凝過程，在基材表面形成與基材相互熔合的、且具有完全不同成分與性能的合金覆層。它與激光熔覆的差異僅在于：激光熔覆中熔層材料完全為熔化，而基材熔化層極薄，因而對(duì)覆層的成分影響極�。憾�激光合金化則是在基材的表面熔融層內(nèi)加入合金元素，從而形成以基材為基的新的合金層，因此對(duì)材料性能改善的程度更好，應(yīng)用范圍也明顯擴(kuò)展。

由于激光熱處理有相當(dāng)明顯的優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)金屬熱處理不能解決或不容易解決的技術(shù)難題，在國(guó)內(nèi)外受到高度重視，激光熱處理得到迅速的發(fā)展。大功率co2激光器從70年代起發(fā)展很快，先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家大功率co2激光器已產(chǎn)品化、系列化。我國(guó)從“七五”以后相繼研制成功了千瓦級(jí)萬瓦級(jí)大功率co2多模激光器。隨著大功率激光器的發(fā)展，用激光就可以實(shí)現(xiàn)各種形式的表面處理。它是引起材料組織結(jié)構(gòu)變化的冶金過程，其加熱時(shí)間在10-3s～10-7s的范圍內(nèi)，功率密度為每平方毫米大于0.1kw。它的應(yīng)用極為廣泛，幾乎一切金屬表面熱處理都可以應(yīng)用。目前應(yīng)用比較多的有汽車、冶金、石油、重型機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等存在嚴(yán)重磨損的機(jī)器行業(yè)，以及航天、航空等高技術(shù)產(chǎn)品。

激光熱處理在汽車行業(yè)應(yīng)用極為廣泛，在許多汽車關(guān)鍵件上，如：缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、派啟發(fā)、閥座、搖臂、鋁活塞環(huán)槽等幾乎都可以采用激光熱處理。例如：美國(guó)通用汽車公司用十幾臺(tái)千瓦級(jí)co2激光器，對(duì)換向器殼內(nèi)壁局部硬化，日產(chǎn)3萬套，提高工效四倍。我國(guó)采用大功率co2激光器對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行缸孔強(qiáng)化處理，可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)大修里程到15萬公里以上，一臺(tái)汽缸等于三臺(tái)不經(jīng)處理的汽缸。

激光熱處理在大型機(jī)車制造業(yè)已被采用，大大提高了機(jī)車壽命，主要是機(jī)車大型曲軸的激光熱處理和機(jī)車柴油機(jī)缸套和機(jī)車主簧片的激光熱處理。它們的模具制造工藝復(fù)雜，精度要求高，形狀各異，應(yīng)用廣泛，但往往因模具的壽命短而加大了成本，返修也很困難。用激光對(duì)模具表面進(jìn)行熱處理，已逐漸被認(rèn)識(shí)和被采用，可成倍的提高模具的壽命，又不受形狀和尺寸的限制。激光熱處理過的曲軸由于激光熱處理越來越顯示其優(yōu)越性，各種大功率co2激光熱處理不斷問世。有些大型企業(yè)不惜代價(jià)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，如大連機(jī)車車輛廠引進(jìn)德國(guó)6000wco2激光器由于大型曲軸熱處理生產(chǎn)線等。與此同時(shí)，國(guó)產(chǎn)大功率co2激光熱處理設(shè)備銷售每年也成倍增長(zhǎng)，激光熱處理生產(chǎn)線在各地相繼發(fā)展起來。目前比較成功的例子有大連機(jī)車車輛廠由于機(jī)車曲軸、缸套、立簧片的激光熱處理生產(chǎn)線；西安內(nèi)燃機(jī)廠柴油機(jī)缸套激光熱處理生產(chǎn)線；北京內(nèi)燃機(jī)及首都汽車公司的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸套激光熱處理生產(chǎn)線；長(zhǎng)春第一汽車制造廠激光熱處理生產(chǎn)線。同時(shí)全國(guó)各地建立了不同規(guī)模的激光加工中心，為各行業(yè)機(jī)器零件進(jìn)行激光熱處理。