激光相變強(qiáng)化的金屬材料學(xué)

齒輪模具激光表面強(qiáng)化技術(shù)是指在數(shù)控環(huán)境下，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對(duì)齒輪或模具表面進(jìn)行處理，改變其表層的組織或成分，實(shí)現(xiàn)表面相變強(qiáng)化或增強(qiáng)性修復(fù)的技術(shù)。

　　所謂激光相變強(qiáng)化，是用激光束掃描工件，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點(diǎn)以上，受熱層在光斑移開(kāi)時(shí)，由于工件基體的熱傳導(dǎo)作用使溫度舜間進(jìn)入馬氏體區(qū)或貝氏體區(qū)，發(fā)生馬氏體相變或貝氏體相變，完成相變強(qiáng)化過(guò)程。

　　相變強(qiáng)化工藝具有表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)不同材質(zhì)、工件熱容量大小、以及激光處理工藝參數(shù)的不同，實(shí)現(xiàn)硬度、強(qiáng)化層深度可控。在傳統(tǒng)熱處理工藝中影響強(qiáng)化效果的技術(shù)因素，在激光相變強(qiáng)化中所起的作用發(fā)生了很大變化。

　　1.彌散強(qiáng)化和畸變強(qiáng)化

　　激光相變強(qiáng)化形成奧氏體，當(dāng)停止激光照射，金屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。在此工藝環(huán)境下形成的奧氏體，不管是表層，還是里層，奧氏體晶粒都沒(méi)有孕育長(zhǎng)大的機(jī)會(huì)。彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相或貝氏體相，使組織具有晶格強(qiáng)化的同時(shí)具有彌散強(qiáng)化效果。而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格，比常規(guī)淬火有更高的缺陷密度。與此同時(shí)，殘余奧氏體也獲得極高的位錯(cuò)密度，使金屬材料具有畸變強(qiáng)化效果，強(qiáng)度大大提高。

　　2.無(wú)氧化脫碳淬火

　　在傳統(tǒng)熱處理中，工件在加熱過(guò)程如沒(méi)有保護(hù)措施，便會(huì)發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象，使工件的硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低。激光相變強(qiáng)化所使用的吸光涂料具有保護(hù)工件表面免遭氧化的性能。

　　3.激光強(qiáng)化的抗疲勞機(jī)理

　　影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時(shí)間。磨損和疲勞在材料損傷過(guò)程中交互促進(jìn)，磨損溝痕可成為疲勞裂紋的萌生點(diǎn)，加速疲勞裂紋的萌生，材料表面出現(xiàn)疲勞裂紋后，表面粗糙度嚴(yán)重惡化，磨損也將加劇。激光強(qiáng)化層具有較強(qiáng)的抗塑性變形和抗粘著磨損能力。

　　4.等強(qiáng)工作層

　　常規(guī)熱處理的冷卻方向是由表及里，表面的冷卻速度最快，由表及里冷卻速度逐漸降低，所以得到了由表及里硬度值下降的梯度分布。

　　激光相變強(qiáng)化的加熱方向雖然也相同，但表面溫度較高，而且加熱時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，可達(dá)0.2～0.25s，而里層奧氏體化則是舜間完成，使得表層奧氏體中有更高的碳濃度，有更強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果。激光淬火冷卻方向卻與常規(guī)熱處理相反，是由里及表，里層溫度雖低，但冷卻速度最快，外層溫度雖高，有固溶強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)，但冷卻速度最慢，雖然里層碳濃度稍低，但畸變強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化更強(qiáng)烈。這樣在硬化層內(nèi)就形成了幾乎不變的硬度值分布。

　　激光強(qiáng)化件等強(qiáng)工作層避免了常規(guī)熱處理件一旦表面出現(xiàn)磨損，其磨損速度便加速的現(xiàn)象.