激光热处理与表面改性在汽车工业的应用

2015-05-29 10:55:51 作者：本站整理来源：

激光热处理和表面改性是以高能量激光束快速扫描工件，使被照射的金属或合金表面温度以极快速度升高到相变点以上，激光束离开被照射部位时，由于热传导作用，处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火，得到较细小的硬化层组织，硬度一般高于常规淬火硬度。处理过程中工件变形极小，适用于其他淬火技术不能完成或难以实现的某些工件或工件局部部位的表面强化。激光热处理自动化程度较高，硬化层深度和硬化面积可控性好。该技术是当今增强材料有效使用和实现设计性能的关键技术，主要用于强化汽车零部件或工模具的表面，提高其表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能等，如汽车发动机缸孔、曲轴、冲压模具、铸造型板等的激光热处理和表面改性。

激光热处理和表面改性技术在汽车生产行业的应用可以提高汽车的性能。激光光束产生的高功率热源是表面改性的理想选择，激光使材料的性能在材料表面局部改变，同时对零件本体的性能没有影响。激光表面工程应用可以从广义上分三个领域。按照大部分材料表面的冶金变化以下的加工也可以分成如下领域，也就是相变硬化，退火，晶粒细化，上釉和冲击硬化，及采用添加材料的方法改变表面化学成分来形成合金和覆层过程。

不熔化的热加工，一般称为热处理。这包括固态转变，所以金属表面不熔化。光束功率的吸收比例受材料表面的吸收性影响。在热循环和冷却循环中，通过冶金作用，材料的机械性质（硬度，磨损，阻抗力，等）和化学性质（耐腐蚀性等）都能得到加强。有熔化的热加工，即激光焊接，表面均化，再熔化。这种方法通过迅速加热，熔化和冷却，来改变表面性质。通过添加材料的熔化，如熔覆，合金浸渍，这些过程熔化了本体表面和加入的材料，在表面形成改性后的覆层。

激光热处理原理与传统热处理相似。而前者的时间通常短一个数量级。不过热处理按惯例需要条件有炉子，火焰，电弧或感应线圈，而激光光束只要聚焦或形成一个适当的模式，在元件上进行扫描。高能量密度激光光束对表面的加热速度更快，减少了热量传导到元件本体的时间。激光热处理和表面技术必须直接和各种相对低成本的传统加工竞争，因此必须具有明显的优势。

激光表面改性的主要优势有：

（1）化学清洁和精美外观；

（2）最小热量输入，因为其能源温度高，转化快，并且输入到部件的热量低。变形少，热响应区小；

（3）无需后续加工；

（4）无接触加工；

（5）易于组装；

可通过激光技术转换硬化的合金包括所有可以用传统方法硬化的合金。钢制品对硬化的反映随碳含量的增加而增加，含碳0.75%的钢材硬度值超过了700HV。此外因为高冷却速度普通碳素钢（0.2%C）硬度也会加大。铸铁的硬度是受珠层体含量影响的，只有马氏体的不锈钢会对热处理做出反映。

汽车生产行业推动了激光热处理加工的发展，下表列出了部分应用：