模具材料激光表面強(qiáng)化處理應(yīng)用與發(fā)展

何將宏 向超 王文哲（玉門(mén)油田公司機(jī)械廠 甘肅省 玉門(mén)市 735200）

模具作為一項(xiàng)重要的工藝裝備，被廣泛使用到機(jī)械、冶金、輕工、電子、國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域。對(duì)高效率生產(chǎn)、減少生產(chǎn)成本及提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重大的作用。在機(jī)電工業(yè)中，采用模具加工的零件高達(dá)70℅，而大部分的塑料、陶瓷制品也是通過(guò)模具加工成型的。對(duì)零件、工件的耐磨、耐蝕等一系列性能進(jìn)行完善。文章重點(diǎn)對(duì)激光表面淬火、表面合金化、表面熔覆等方法進(jìn)行介紹，討論模具材料中應(yīng)用激光表面強(qiáng)化技術(shù)的效果。

一、激光表面淬火

在激光表面強(qiáng)化領(lǐng)域內(nèi)，應(yīng)用最早的技術(shù)之一就是激光表面淬火技術(shù)，這技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟。激光表面淬火指的是用激光照射固態(tài)鐵基合金，使其表面溫度上升到特定高度的時(shí)候，形成奧氏體，然后移開(kāi)激光束，再經(jīng)過(guò)金屬自身活躍的熱傳導(dǎo)性產(chǎn)生自淬火現(xiàn)象，形成馬氏體組織的技術(shù)工藝。和其它熱處理技術(shù)相比，該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①材料的加熱速度與冷卻速度相當(dāng)高，對(duì)掃描速度及生產(chǎn)效率的提升有顯著的促進(jìn)作用。②激光表面淬火件其硬度非常高，高出常規(guī)淬火硬件的10℅左右。③因?yàn)楦咝У募訜?、冷卻速度，其熱影響區(qū)就相對(duì)的小，可以說(shuō)激光表面淬火處理基本不會(huì)使原物變形。④激光表面淬火僅在局部進(jìn)行，因此激光束可以被聚集得很細(xì)小，尤其適宜于小件的特殊部位及局部部位的淬火。⑤激光表面淬火不需要對(duì)介質(zhì)進(jìn)行冷卻處理，不會(huì)污染環(huán)境。⑥在工藝合理的前提下，其表面基本上不存在無(wú)氧化脫碳現(xiàn)象，也不改變粗糙程度，質(zhì)量較高。

二、激光表面合金化

激光表面合金化對(duì)基體進(jìn)行加熱處理，使其融化。在這一過(guò)程中，添加定量的合金元素，融合于基體成分中，使基體的表面形成一層含有合金成分的合金層的應(yīng)用技術(shù)?？梢栽谀切┍砻嫘阅茌^差、但廉價(jià)的基體金屬表面運(yùn)用激光合金化技術(shù)生產(chǎn)出大量高溫、耐磨的合金表面，可以取代昂貴的純合金，減少了貴重金屬材料的消耗，同時(shí)也提高了廉價(jià)基體材料的使用量，大大降低了成本。和一般的熱處理工藝相比，該技術(shù)的不足之處在于只能對(duì)表面局部進(jìn)行處理，但其優(yōu)勢(shì)在于工件的變形量較小、冷卻速度高、對(duì)合金元素的利用消耗小，無(wú)需淬火介質(zhì)、環(huán)保無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展應(yīng)用前景非常廣闊。

該技術(shù)在應(yīng)用中，添加合金元素的方式非常多樣，包含預(yù)制材料法、送粉法及激光氣體合金化法。現(xiàn)階段，預(yù)制材料法的應(yīng)用是最為廣泛的，而送粉法在自動(dòng)化生產(chǎn)工藝中比較適用，對(duì)能量能夠進(jìn)行充分利用，且生產(chǎn)效率較高，所生產(chǎn)的工件表面質(zhì)量較高。在進(jìn)行合金化材料的選擇時(shí)，首先要對(duì)合金化表層的性能方面進(jìn)行考慮，其次要對(duì)合金化元素的特點(diǎn)著重考慮，同時(shí)也要對(duì)母材冶金間及表面合金層之間的牢固性、合金層的抗彎曲、抗壓、韌性等方面進(jìn)行考慮。

三、激光表面熔覆

該方法是一種通過(guò)激光掃描，將金屬粉末或陶瓷粉末在基體表面迅速加熱升溫，最短的時(shí)間內(nèi)與基體熔合的技術(shù)。在基體的表面會(huì)形成一層覆蓋層，并且與基體能夠良好的結(jié)合在一起。這項(xiàng)技術(shù)歷經(jīng)三十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為材料表面工程中最熱門(mén)的話題之一。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)兩種形式：第一，預(yù)先將一些松散的粉末涂層放置在工件的表面，然后用激光進(jìn)行升溫熔化；第二，先進(jìn)行激光處理，在處理的過(guò)程中，采用氣動(dòng)噴注法將粉末噴入熔池中。寬帶激光自動(dòng)涂抹系統(tǒng)是由楊洗塵等人言之而成的，該系統(tǒng)主要有自動(dòng)噴粉機(jī)與寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡兩個(gè)部分構(gòu)成，激光功率適用范圍為1～10kW，不但可以直接進(jìn)行聚焦窄帶涂敷，也能夠進(jìn)行寬帶涂敷。單道一次涂敷寬度調(diào)節(jié)在10～35mm的范圍內(nèi)，涂敷厚度控制在0.2～8mm的范圍內(nèi)；送粉量在0.5"一200g／min范圍中連續(xù)精密可調(diào)，送粉的精度通常低于2%。對(duì)于普通送粉而言比較適合，對(duì)于一些微量送粉或大量送粉的特殊情況也是使用的。

近年來(lái)，激光熔覆技術(shù)取得很大的發(fā)展。但是該技術(shù)在我國(guó)的起步時(shí)間尚短，因此實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題：首先，覆層開(kāi)裂的趨勢(shì)較大，對(duì)于一些體積較大的工件來(lái)說(shuō)，難以實(shí)現(xiàn)大面積激光熔覆；其次，作為一種新興技術(shù)，目前還欠缺一些成熟的激光處理工藝參數(shù)作為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)，還需要在實(shí)際應(yīng)用中不斷的總結(jié)額研究。因而今后還需要做許多細(xì)致的工作，來(lái)更好地解決大面積熔覆存在的工藝問(wèn)題，使熔覆層的表面質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高。

結(jié)語(yǔ)

在模具的表面強(qiáng)化領(lǐng)域，激光表面處理已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于其中。且應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大。甚至在一些非金屬材料表面處理的時(shí)候也會(huì)用到，因此其發(fā)展的前景非常好。盡管當(dāng)前激光表面處理技術(shù)的應(yīng)用中或多或少還存在一些問(wèn)題，但隨著人們?nèi)蘸髮?duì)激光處理的深入研究，相信模具材料激光表面強(qiáng)化處理一定會(huì)有效發(fā)揮出其巨大的潛能，從而更好地貢獻(xiàn)社會(huì)。

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