激光熱處理的原理

（1）激光硬化（激光淬火）主要分為兩種工藝：激光相變硬化、激光熔覆硬化。激光相變硬化是以高能量的激光束快速掃描工作，使被照射的金屬或合金表面溫度一極快速度升到高于相變點而低于熔化溫度。當激光束離開被照射部位是，由于熱傳導(dǎo)的作用，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進行自冷淬火，進而實現(xiàn)工件的表面相變硬化。這一過程是在快速加熱和快速冷卻下完成的，所以得到的硬化層組織較細，硬度亦高于常規(guī)淬火的硬度。激光熔凝硬化是以很高的激光功率密度，在極短的時間內(nèi)與金屬交互作用，使金屬表面局部區(qū)域在瞬間被加熱到相當高的溫度使之熔化，隨后借助于冷態(tài)的金屬基體吸熱和傳導(dǎo)作用，使已熔化的極薄表層金屬快速凝固。激光熔化凝固硬化得到的是鑄態(tài)組織，其硬度較高，耐磨性亦較好。激光淬火能使材料表面呈超細化組織結(jié)構(gòu)，無表面熱變形，硬度提高30%-50%。

（2）激光熔覆是通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝，使基材表面形成于基體冶金結(jié)合的熔覆層。粉末容量由送粉系統(tǒng)進行控制，熔覆層的厚度可調(diào)，并可多層重熔。工作熔覆后在經(jīng)過機械加工，從而達到修復(fù)局部損傷工件的目的。

（3）激光合金化也是利用高能密度的激光束所產(chǎn)生的快速熔凝過程，在基材表面形成與基材相互熔合的、且具有完全不同成分與性能的合金覆層。它與激光熔覆的差異僅在于：激光熔覆中熔層材料完全為熔化，而基材熔化層極薄，因而對覆層的成分影響極小：而激光合金化則是在基材的表面熔融層內(nèi)加入合金元素，從而形成以基材為基的新的合金層，因此對材料性能改善的程度更好，應(yīng)用范圍也明顯擴展。

由于激光熱處理有相當明顯的優(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、重型機械、農(nóng)業(yè)機械等存在嚴重磨損的機器行業(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)動機進行缸孔強化處理，可延長發(fā)動機大修里程到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車制造業(yè)已被采用，大大提高了機車壽命，主要是機車大型曲軸的激光熱處理和機車柴油機缸套和機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行熱處理，已逐漸被認識和被采用，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)不惜代價引進國外先進設(shè)備，如大連機車車輛廠引進德國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車車輛廠由于機車曲軸、缸套、立簧片的激光熱處理生產(chǎn)線；西安內(nèi)燃機廠柴油機缸套激光熱處理生產(chǎn)線；北京內(nèi)燃機及首都汽車公司的汽車發(fā)動機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)機器零件進行激光熱處理。