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工業(yè)制造

激光熱處理解決了傳統(tǒng)金屬熱處理難題

星之球激光 來源:中國數(shù)控信息網(wǎng)2012-08-18 我要評論(0 )   

由于激光熱處理有相當(dāng)明顯的優(yōu)點,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,在國內(nèi)外受到高度重視,激光熱處理得到迅速的發(fā)展。大功率CO2激光器從70年代起...

 

由于激光熱處理有相當(dāng)明顯的優(yōu)點,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,在國內(nèi)外受到高度重視,激光熱處理得到迅速的發(fā)展。大功率CO2激光器從70年代起發(fā)展很快,先進(jìn)的工業(yè)國家大功率CO2激光器已產(chǎn)品化、系列化。

 

我國從“七五”以后相繼研制成功了千瓦級萬瓦級大功率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)變化的冶金過程,其加熱時間在10-3s~10-7s的范圍內(nèi),功率密度為每平方毫米大于0.1kw。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、派啟發(fā)、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:美國通用汽車公司用十幾臺千瓦級co2激光器,對換向器殼內(nèi)壁局部硬化,日產(chǎn)3萬套,提高工效四倍。我國采用大功率co2激光器對汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行缸孔強(qiáng)化處理,可延長發(fā)動機(jī)大修里程到15萬公里以上,一臺汽缸等于三臺不經(jīng)處理的汽缸。

 

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。它們的模具制造工藝復(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。用激光對模具表面進(jìn)行熱處理,已逐漸被認(rèn)識和被采用,可成倍的提高模具的壽命,又不受形狀和尺寸的限制。激光熱處理過的曲軸由于激光熱處理越來越顯示其優(yōu)越性,各種大功率CO2激光熱處理不斷問世。有些大型企業(yè)不惜代價引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備,如大連機(jī)車車輛廠引進(jìn)德國6000wCO2激光器由于大型曲軸熱處理生產(chǎn)線等。與此同時,國產(chǎn)大功率CO2激光熱處理設(shè)備銷售每年也成倍增長,激光熱處理生產(chǎn)線在各地相繼發(fā)展起來。目前比較成功的例子有大連機(jī)車車輛廠由于機(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)動機(jī)缸套激光熱處理生產(chǎn)線;長春第一汽車制造廠激光熱處理生產(chǎn)線。同時全國各地建立了不同規(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。

 

原理:激光的穿透能力極強(qiáng),當(dāng)把金屬表面加熱到僅低于熔點的臨界轉(zhuǎn)變溫度時,其表面迅速奧氏體化,然后急速自冷淬火,金屬表面迅速被強(qiáng)化,即激光相變硬化。激光熱處理就是利用高功率密度的激光束對金屬進(jìn)行表面處理的方法,對材料實現(xiàn)相變硬化、表面合金化等表面改性處理,產(chǎn)生用其它表面淬火達(dá)不到的表面成分、組織、性能的改變。

 

特點:高速加熱,高速冷卻,獲得的組織細(xì)密、硬度高、耐磨性能好;淬火部位可獲得大于400kgf/mm2的殘余壓應(yīng)力,有助于提高疲勞性能;還可以進(jìn)行局部選擇性淬火,通過對多光斑尺寸的控制,更適合其它熱處理方法無法勝任的管孔、深溝、微區(qū)、夾角和刀具刃口等局部區(qū)域的硬化;激光可以遠(yuǎn)距離傳送,可以實現(xiàn)一臺激光器多工作臺同時使用,采用計算機(jī)編程實現(xiàn)對激光熱處理工藝過程的控制和管理,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。

 

應(yīng)用:隨著大功率CO2激光器的發(fā)展,用激光就可以實現(xiàn)各種形式的表面處理,許多汽車關(guān)鍵件,如:缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、排氣門、閥座、搖臂、鋁活塞環(huán)槽等幾乎都可以采用激光熱處理。美國通用汽車公司用十幾臺千瓦級CO2激光器,對轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)壁局部硬化,日產(chǎn)3萬套,提高工效四倍;中國采用大功率CO2激光器對汽車發(fā)動機(jī)缸孔內(nèi)壁進(jìn)行強(qiáng)化處理,可延長發(fā)動機(jī)大修里程到15萬公里以上;激光熱處理過的缸體、缸套淬硬帶的耐磨性大幅度提高,未淬硬帶可增加儲油,改善潤滑性能。

 

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。

 

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