利用掃描光學(xué)來進(jìn)行激光硬化的試驗零件。
硬化是施加在鋼件上的一種表面熱處理，其能大大增強鋼件的硬度。巴斯克大學(xué)（UPV/EHU）高性能制造研究組對一項創(chuàng)新性技術(shù)進(jìn)行了研究和微調(diào)從而得出了這一套工藝。它涉及了激光的使用，但是不同于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，其使用的是掃描光學(xué)，這使得其能在所處理的零件厚度上具有很大的適應(yīng)度。
鋼的硬度可以通過硬化來實現(xiàn)，這對于需要高耐磨性的鋼件如鋼板沖壓模具來說至關(guān)重要。首先進(jìn)行一個高達(dá)800-1000ºC的加熱過程，然后進(jìn)行快速的冷卻。這會使得鋼的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
如果硬化使用激光來進(jìn)行，因為它是一個高度局域化的熱源，它會使得只有表面會被硬化，而將零件的核心保留在它們的原始狀態(tài)；“從而使得零件不那么脆，而且由于作用在上面的熱比較少，零件的扭曲也會小得多。最后，熱的作用會使零件變形，這意味著最后它必須用其他的方法來進(jìn)行表面處理，”Aitzol Lamikiz解釋說，他是巴斯克大學(xué)機械工程系教授以及執(zhí)行這項研究的高性能制造研究組的成員。在工業(yè)中，激光硬化工藝從2000年開始就已被使用。然而，根據(jù)Lamikiz說，它有一個局限性：“激光以一個恒定的帶寬掃描，因而最后得到的硬化區(qū)的厚度也是恒定的。”
為了使這項技術(shù)更靈活，巴斯克大學(xué)的這個研究小組決定評估一下在該工藝過程中采用移動的掃描光學(xué)的可行性。他們所使用的光學(xué)系統(tǒng)（檢流計掃描儀）所起的作用是以一個很快的速度移動一個非常小的激光器，逐線掃描表面。這樣，硬化寬度可以簡單地通過改變程序參數(shù)來調(diào)整。通過將該硬化過程與刷墻相類比，Lamikiz解釋說，傳統(tǒng)的激光硬化“就像是用一個滾筒來刷墻，所以其所刷的寬度對應(yīng)于滾筒的寬度。相反，在這種新技術(shù)中，我們用具有最細(xì)筆尖的記號筆代替了滾筒。”
在進(jìn)行的實驗中，他們發(fā)現(xiàn)的第一件事是：“使用這種技術(shù)來進(jìn)行硬化是可能的。然后，我們逐漸看到了熱處理的結(jié)果是怎么隨著激光運動速度、所使用的功率等的不同而發(fā)生改變的，根據(jù)我們的測試，當(dāng)激光移動速度非?？斓臅r候，其結(jié)果類似于傳統(tǒng)的工藝，”他說。
充滿前景的結(jié)果
為了探索進(jìn)一步使用這種方法的可能性，巴斯克大學(xué)機械工程系與巴斯克自治區(qū)以及意大利Piedmont的公司一起合作進(jìn)行了一個名為Hardlas的項目來測試這個工藝能在多大程度上可行。“我們可以說，這個項目是成功的，因為我們看到它是可行的，可以轉(zhuǎn)移到工業(yè)上，”該研究人員說。
雖然他們已經(jīng)測試了該工藝過程的可行性，但若要達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的水平仍需要進(jìn)行幾個步驟。他們遇到的主要困難之一是控制該過程：“使被處理的材料達(dá)到所需要的溫度從而使熱處理得以發(fā)生很重要，但是溫度也不能超了，否則我們會使材料融化。在我們的工藝過程中，由于激光是不斷移動，控制起來要復(fù)雜得多，”Lamikiz解釋說。另一方面，測試是“在高校用的實驗室設(shè)備上進(jìn)行的。而要在工業(yè)規(guī)模上使用該工藝過程，用更強大的，不同的激光器來在不同的材料上進(jìn)行測試非常重要，等等”他補充說。
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