1、1激光热处理激光热处理2 一、激光热处理原理 二、激光热处理优点 三、应用实例3 一、原理一、原理 激光热处理是一种表面热处理技术。即激光热处理是一种表面热处理技术。即利用激光加热金属材料表面实现表面热处利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。强激光照射金属表面时，若克服高反理。强激光照射金属表面时，若克服高反射，大部分透入金属表面被吸收。激发态射，大部分透入金属表面被吸收。激发态的电子与晶格或其它电子碰撞，将金属表的电子与晶格或其它电子碰撞，将金属表面局部的热量迅速向内部传递，形成极高面局部的热量迅速向内部传递，形成极高的冷却速度，使其表面硬化。的冷却速度，使其表面硬化。4 激光加热具有极高
2、的功率密度，即激光的激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。由于照射区域的单位面积上集中极高的功率。由于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏传走，使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因为快速加热时工件基本大体积中仍保持较低的为快速加热时工件基本大体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实现淬火等热处理效果。迅速冷却，从而实现淬火等热处
3、理效果。56激光熔覆技术激光熔覆技术7二、激光热处理的优缺点二、激光热处理的优缺点 激光热处理是利用高功率密度的激光束对激光热处理是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理的方法，它可以对金属实现金属进行表面处理的方法，它可以对金属实现相变硬化（或称作表面淬火）、表面合金化等相变硬化（或称作表面淬火）、表面合金化等表面改性处理，产生用其大表面淬火达不到的表面改性处理，产生用其大表面淬火达不到的表面成分、组织、性能的改变。铸铁表面硬度表面成分、组织、性能的改变。铸铁表面硬度可以达到可以达到HRC（洛式硬度）（洛式硬度）60度以上，中碳及度以上，中碳及高碳的碳钢，表面硬度可达高碳的碳钢，表面硬度可
4、达HRC70度以上，从度以上，从而提高起抗磨性，抗疲劳，耐腐蚀，抗氧化等而提高起抗磨性，抗疲劳，耐腐蚀，抗氧化等性能性能,延长其使用寿命。延长其使用寿命。8 激光热处理技术与其它热处理如激光热处理技术与其它热处理如高频淬高频淬火火、渗碳渗碳、渗氮渗氮等传统工艺相比等传统工艺相比,具有以下特具有以下特点点:1、无需使用外加材料，仅改变被处理材、无需使用外加材料，仅改变被处理材料表面的组织结构。处理后的改性层具有足够料表面的组织结构。处理后的改性层具有足够的厚度，可根据需要调整深浅一般可达的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.1-0.8mm。9 3、被处理件变形极小，由于激光功率、被处理件变形极小
5、，由于激光功率密度高，与零件的作用时间很短（密度高，与零件的作用时间很短（10-2-10秒），故零件的热变形区和整体变化都很小。秒），故零件的热变形区和整体变化都很小。故适合于高精度零件处理，作为材料和零件故适合于高精度零件处理，作为材料和零件的最后处理工序。的最后处理工序。4、加工柔性好，适用面广。利用灵活、加工柔性好，适用面广。利用灵活的导光系统可随意将激光导向处理部分，从的导光系统可随意将激光导向处理部分，从而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等，而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等，可进行选择性的局部处理可进行选择性的局部处理。10 对于大面积扫描，因激光光斑面积对于大面积扫描，因激
6、光光斑面积小，必须采用多次搭接技术或大面积光小，必须采用多次搭接技术或大面积光斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处存在一个区域。因此其显微硬度是波动存在一个区域。因此其显微硬度是波动的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一种宏观的周期性性能变化。对大面积光种宏观的周期性性能变化。对大面积光斑技术，当输出功率一定时，光斑面积斑技术，当输出功率一定时，光斑面积越大，功率密集越低，增大光束直径可越大，功率密集越低，增大光束直径可能消弱激光的高能密度和超快速加热优能消弱激光的
7、高能密度和超快速加热优势。势。11 三、激光热处理的应用三、激光热处理的应用 几乎一切金属表面热处理都可以应用。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、航空等高科技产品。业，以及航天、航空等高科技产品。121、汽车行业、汽车行业 激光热处理在汽车行业应用极为广泛，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、曲在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲轴等几乎都可以采用激光热处理。例如：美轴等几乎都可以采用激光热处理
8、。例如：美国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键件上，件上，CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬激光器，对换向器壳内壁局部硬化，日产化，日产3万套，提高工效四倍。万套，提高工效四倍。132、大型机车制造业、大型机车制造业 激光热处理在大型机车激光热处理在大型机车制造业制造业已被采用，已被采用，大大提高了大大提高了机车机车寿命，主要是机车大型曲寿命，主要是机车大型曲轴的激光热处理和机车轴的激光热处理和机车柴油机柴油机缸套和机车缸套和机车主主簧片簧片的激光热处理。它们的模具制造工的激光热
9、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，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提高模具的寿命，又不受形状和尺寸的限制。制。14151617激光表面处理技术包括：激光表面处理技术包括：激光相变技术、激光熔激光相变技术、激光熔覆技术、激光合金化技覆技术、激光合金化技术、激光表面复合处理术、激光表面复合处理技术技术1、激光表面淬火激
10、光表面淬火（1）激光表面淬火的）激光表面淬火的原理原理应用激光将金属材料表应用激光将金属材料表面加热到相变点以上面加热到相变点以上,随随着材料自身冷却着材料自身冷却,奥氏体奥氏体转变成马氏体转变成马氏体,使材料表使材料表面硬化面硬化,同时硬化层内残同时硬化层内残留有相当大的压应力留有相当大的压应力,从从而增加了表面的疲劳强而增加了表面的疲劳强度。利用这一特点对零度。利用这一特点对零件表面实施激光淬火件表面实施激光淬火,则则可以大大提高材料的耐可以大大提高材料的耐磨性和抗疲劳性能。磨性和抗疲劳性能。18（2）激光表面淬火的特点）激光表面淬火的特点最新研究成果表明最新研究成果表明,如果在工件承受压
11、力的情如果在工件承受压力的情况下实施激光表面淬火况下实施激光表面淬火,淬火后撤去外力淬火后撤去外力,则则可以进一步增大残留的压应力可以进一步增大残留的压应力,并可大幅度提并可大幅度提高工件的抗压和抗疲劳强度。由于激光表面高工件的抗压和抗疲劳强度。由于激光表面淬火速度快淬火速度快,进入工件材料内部的热量少进入工件材料内部的热量少,由由此带来热变形少此带来热变形少(变形量为高频淬火的变形量为高频淬火的1/31/10)。19因此因此,可以减少后道工序可以减少后道工序(矫正或磨制矫正或磨制)的的工作量工作量,降低工件的制造成本。此外该工降低工件的制造成本。此外该工艺为自冷却方式艺为自冷却方式,无需淬火
12、液无需淬火液,是一种清洁是一种清洁卫生的热处理方法卫生的热处理方法;而且便于用同一激光而且便于用同一激光加工系统实现复合加工。因此可直接将加工系统实现复合加工。因此可直接将激光淬火供需安排在生产线上激光淬火供需安排在生产线上,以实现自以实现自动化生产。又由于该工艺为非接触式动化生产。又由于该工艺为非接触式,因因此可用于窄小的沟槽和底面的表面淬火。此可用于窄小的沟槽和底面的表面淬火。20（3）激光表面淬火的应用）激光表面淬火的应用激光淬火由于以上优点而得到较为广泛的激光淬火由于以上优点而得到较为广泛的应用。发动机缸体表面淬火应用。发动机缸体表面淬火,可使缸体耐可使缸体耐磨性提高磨性提高3倍以上倍以上;热轧钢板剪切机刃口淬热轧钢板剪切机刃口淬火火,与同等未处理的刃口相比寿命提高了与同等未处理的刃口相比寿命提高了一倍左右一倍左右;而且激光表面淬火还应用在机而且激光表面淬火还应用在机床导轨淬火、齿轮齿面淬火、发动机曲轴床导轨淬火、齿轮齿面淬火、发动机曲轴的曲颈和凸轮部位局部淬火以及各种工具的曲颈和凸轮部位局部淬火以及各种工具刃口激光淬火。刃口激光淬火。21 谢谢大家
