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        模具材料激光表面強化處理應用與發(fā)展

        2014-08-15 00:51:32何將宏向超王文哲玉門油田公司機械廠甘肅省玉門市735200
        化工管理 2014年21期

        何將宏 向超 王文哲(玉門油田公司機械廠 甘肅省 玉門市 735200)

        模具作為一項重要的工藝裝備,被廣泛使用到機械、冶金、輕工、電子、國防等工業(yè)領域。對高效率生產(chǎn)、減少生產(chǎn)成本及提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重大的作用。在機電工業(yè)中,采用模具加工的零件高達70℅,而大部分的塑料、陶瓷制品也是通過模具加工成型的。對零件、工件的耐磨、耐蝕等一系列性能進行完善。文章重點對激光表面淬火、表面合金化、表面熔覆等方法進行介紹,討論模具材料中應用激光表面強化技術的效果。

        一、激光表面淬火

        在激光表面強化領域內(nèi),應用最早的技術之一就是激光表面淬火技術,這技術目前已經(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候,形成奧氏體,然后移開激光束,再經(jīng)過金屬自身活躍的熱傳導性產(chǎn)生自淬火現(xiàn)象,形成馬氏體組織的技術工藝。和其它熱處理技術相比,該技術具有以下特點:①材料的加熱速度與冷卻速度相當高,對掃描速度及生產(chǎn)效率的提升有顯著的促進作用。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因為高效的加熱、冷卻速度,其熱影響區(qū)就相對的小,可以說激光表面淬火處理基本不會使原物變形。④激光表面淬火僅在局部進行,因此激光束可以被聚集得很細小,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介質(zhì)進行冷卻處理,不會污染環(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

        激光表面合金化對基體進行加熱處理,使其融化。在這一過程中,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用技術。可以在那些表面性能較差、但廉價的基體金屬表面運用激光合金化技術生產(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,同時也提高了廉價基體材料的使用量,大大降低了成本。和一般的熱處理工藝相比,該技術的不足之處在于只能對表面局部進行處理,但其優(yōu)勢在于工件的變形量較小、冷卻速度高、對合金元素的利用消耗小,無需淬火介質(zhì)、環(huán)保無污染等優(yōu)點,發(fā)展應用前景非常廣闊。

        該技術在應用中,添加合金元素的方式非常多樣,包含預制材料法、送粉法及激光氣體合金化法?,F(xiàn)階段,預制材料法的應用是最為廣泛的,而送粉法在自動化生產(chǎn)工藝中比較適用,對能量能夠進行充分利用,且生產(chǎn)效率較高,所生產(chǎn)的工件表面質(zhì)量較高。在進行合金化材料的選擇時,首先要對合金化表層的性能方面進行考慮,其次要對合金化元素的特點著重考慮,同時也要對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、韌性等方面進行考慮。

        三、激光表面熔覆

        該方法是一種通過激光掃描,將金屬粉末或陶瓷粉末在基體表面迅速加熱升溫,最短的時間內(nèi)與基體熔合的技術。在基體的表面會形成一層覆蓋層,并且與基體能夠良好的結(jié)合在一起。這項技術歷經(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的話題之一。該技術的實現(xiàn)主要通過兩種形式:第一,預先將一些松散的粉末涂層放置在工件的表面,然后用激光進行升溫熔化;第二,先進行激光處理,在處理的過程中,采用氣動噴注法將粉末噴入熔池中。寬帶激光自動涂抹系統(tǒng)是由楊洗塵等人言之而成的,該系統(tǒng)主要有自動噴粉機與寬帶掃描轉(zhuǎn)鏡兩個部分構(gòu)成,激光功率適用范圍為1~10kW,不但可以直接進行聚焦窄帶涂敷,也能夠進行寬帶涂敷。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%。對于普通送粉而言比較適合,對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,激光熔覆技術取得很大的發(fā)展。但是該技術在我國的起步時間尚短,因此實際應用中還存在一些問題:首先,覆層開裂的趨勢較大,對于一些體積較大的工件來說,難以實現(xiàn)大面積激光熔覆;其次,作為一種新興技術,目前還欠缺一些成熟的激光處理工藝參數(shù)作為參考進行設計,還需要在實際應用中不斷的總結(jié)額研究。因而今后還需要做許多細致的工作,來更好地解決大面積熔覆存在的工藝問題,使熔覆層的表面質(zhì)量得到進一步的提高。

        結(jié)語

        在模具的表面強化領域,激光表面處理已經(jīng)被廣泛地應用于其中。且應用范圍在不斷地擴大。甚至在一些非金屬材料表面處理的時候也會用到,因此其發(fā)展的前景非常好。盡管當前激光表面處理技術的應用中或多或少還存在一些問題,但隨著人們?nèi)蘸髮す馓幚淼纳钊胙芯浚嘈拍>卟牧霞す獗砻鎻娀幚硪欢〞行Оl(fā)揮出其巨大的潛能,從而更好地貢獻社會。

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