激光熱處理和表面改性是當(dāng)今增強(qiáng)材料有效使用和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)性能的關(guān)鍵技術(shù),這些在汽車生產(chǎn)行業(yè)都可以提高汽車的性能。
激光光束產(chǎn)生的高功率熱源是表面改性的理想選擇。激光使材料的性能在材料表面局部改變,同時(shí)對(duì)零件本體的性能沒有影響。激光表面工程應(yīng)用可以從 廣義上分三個(gè)領(lǐng)域。按照大部分材料表面的冶金變化以下的加工也可以分成如下領(lǐng)域,也就是相變硬化,退火,晶粒細(xì)化,上釉和沖擊硬化,及采用添加材料的方法 改變表面化學(xué)成分來形成合金和覆層過程。
不熔化的熱加工,一般稱為熱處理。這包括固態(tài)轉(zhuǎn)變,所以金屬表面不熔化。光束功率的吸收比例受材料表面的吸收性影響。在熱循環(huán)和冷卻循環(huán)中,通過冶金作用,材料的機(jī)械性質(zhì)(硬度,磨損,阻抗力,等)和化學(xué)性質(zhì)(耐腐蝕性等)都能得到加強(qiáng)。
有熔化的熱加工,即激光焊接,表面均化,再熔化。這種方法通過迅速加熱,熔化和冷卻,來改變表面性質(zhì)。
通過添加材料的熔化,如熔覆,合金浸漬,這些過程熔化了本體表面和加入的材料,在表面形成改性后的覆層。
激光熱處理原理與傳統(tǒng)熱處理相似。而前者的時(shí)間通常短一個(gè)數(shù)量級(jí)。不過熱處理按慣例需要條件有爐子,火焰,電弧或感應(yīng)線圈,而激光光束 只要聚焦或形成一個(gè)適當(dāng)?shù)哪J剑谠线M(jìn)行掃描。高能量密度激光光束對(duì)表面的加熱速度更快,減少了熱量傳導(dǎo)到元件本體的時(shí)間。激光熱處理和表面技術(shù)必須 直接和各種相對(duì)低成本的傳統(tǒng)加工競(jìng)爭(zhēng),因此必須具有明顯的優(yōu)勢(shì)。激光表面改性的主要優(yōu)勢(shì)有:
● 化學(xué)清潔和精美外觀
● 最小熱量輸入,因?yàn)槠淠茉礈囟雀?,轉(zhuǎn)化快,并且輸入到部件的熱量低。變形少,熱響應(yīng)區(qū)小。
● 無需后續(xù)加工
● 無接觸加工
● 易于組裝
可通過激光技術(shù)轉(zhuǎn)換硬化的合金包括所有可以用傳統(tǒng)方法硬化的合金。鋼制品對(duì)硬化的反映隨碳含量的增加而增加,含碳0.75%的鋼材硬度值超過了700HV。此外因?yàn)楦呃鋮s速度普通碳素鋼(0.2%C)硬度也會(huì)加大。
鑄鐵的硬度是受珠層體含量影響的,只有馬氏體的不銹鋼會(huì)對(duì)熱處理做出反映。
低碳鋼激光硬化橫截面軌道
汽車生產(chǎn)行業(yè)推動(dòng)了激光熱處理加工的發(fā)展,下表列出了部分應(yīng)用:
行業(yè)領(lǐng)域 |
部件 |
材質(zhì) |
---|---|---|
汽車生產(chǎn) |
阿克瑟爾軸承座 |
AISI 1035 鋼 |
汽車生產(chǎn) |
沖裁模 |
工具鋼 |
汽車生產(chǎn) |
發(fā)動(dòng)機(jī)閥 |
合金鋼 |
汽車生產(chǎn) |
齒輪齒 |
鋼 |
汽車生產(chǎn) |
軸 |
鋼 |
汽車生產(chǎn) |
活塞環(huán) |
鋼 |
汽車生產(chǎn) |
轉(zhuǎn)向器殼 |
可鍛鑄鐵 |
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