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)外受到了高度重視,激光熱處理得到了迅速的發(fā)展。
大功率CO2激光器從70年代起發(fā)展很快,先進(jìn)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)至萬(wàn)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(guò)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0.1 kW。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、排氣閥、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(wàn)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)行缸孔內(nèi)壁強(qiáng)化處理,可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)大修里程到15萬(wàn)公里以上,一臺(tái)汽缸等于三臺(tái)不經(jīng)處理的汽缸。
激光熱處理過(guò)的缸體、缸套淬硬帶的耐磨性大幅度提高,未淬硬帶可增加儲(chǔ)油,改善潤(rùn)滑性能我國(guó)拖拉機(jī)發(fā)展快,不斷推出新品牌,但拖拉機(jī)用內(nèi)燃機(jī)缸體、缸套壽命短,損壞嚴(yán)重,維修量很大,西安內(nèi)燃機(jī)配件廠在國(guó)家科委的幫助下,首先建起了柴油機(jī)缸套激光熱處理生產(chǎn)線,年產(chǎn)60萬(wàn)只,壽命延長(zhǎng)10000小時(shí)。
缸體激光熱處理設(shè)備及生產(chǎn)線激光涂覆與激光合金化工藝相似,但不同的是不另外加入合金,使金屬表面融化隨即冷卻凝固,從而得到細(xì)微的接近均勻的表層組織,對(duì)于某些共晶合金,還可得到非晶態(tài)表層,具有極好的抗腐蝕性能,例如,在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵閥座上進(jìn)行鉻基表面涂覆,可獲得良好的不銹鋼表面。
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。
模具的制造工藝復(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(guò)的曲軸由于激光熱處理越來(lái)越顯示其優(yōu)越性,各種大功率CO2激光熱處理機(jī)不斷問(wèn)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)6000W CO2激光器用于大型曲軸熱處理生產(chǎn)線等。與此同時(shí),國(guó)產(chǎn)的大功率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(lái)。
目前比較成功的例子有大連機(jī)車車輛廠用于機(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)各地還建立了不同規(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。
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