激光相变硬化(激光淬火) 强化系统工艺参数优化设定:激光相变硬化工艺参数主要有激光器输出功率P,光斑大小D及扫描速度v,在其它条件一定的条件下,激光硬化层的深度H与P、D、v有如下关系:H=P/(D.v)。为了得到最优工艺参数,基本方法是根据已有成功的资料,确定一个工艺参数范围,再以P、D、v三个因子,各取3个水平,做出正交试验表在试件上进行试验研究。通过激光相变硬化实验说明:在一般情况下,激光功率越高,硬化层越深;扫描速度越大,硬化层越浅。当激光功率越大,扫描速度增强,光斑直径变小的工艺参数条件下,淬火层的硬度及硬化层深之间的关系逐渐增强。从中可看出,经激光处理后材料表面的硬度有较为显著的提高。
4 模具硬化层剩余应力和耐磨性
在激光硬化处理过程中,金属材料表面组织结构的变化及表面相对于材料内部温差的产生和消失,必将产生残余应力。残余应力的大小和分布状况对模具的实用性能有很大影响,激光硬化产生的残余应力沿淬硬层深的分布情况由激光功率和上述工艺参数决定深浅和范围面积大小。由此可见,激光相变硬化在模具表面产生较大的残余压应力,能有效地防止疲劳裂纹的产生,提高模具的疲劳寿命。模具表面的耐磨性能与模具材料的显微结构、晶粒大小、硬度高低、表面状态等多种因素有关,而这些因素又受激光相变硬化工艺参数的影响,因而激光相变硬化强化系统的工艺参数直接影响模具的耐磨性能。激光功率及扫描速度对模具工件耐磨性能的影响效果显著。由此可见,在一定范围内,当扫描速度一定时,提高功率耐磨性有所增加;在功率一定时,扫描速度的提高也有助于提高耐磨性,可见采用激光强化技术能大大提高材料的耐磨性能。
通过对几种不同的模具材料所进行的激光强化处理,与实际工况进行检查,说明采用激光强化技术能大幅度提高模具的使用寿命,而冷冲模的强化效果更为明显。模具使用寿命明显增加,实践由冲压2.5万件提高到10万件,即寿命提高3~4倍。采用激光强化技术优越性在于:可依据模具的形状特点、使用要求在指定区域内进行,对模具表面质量无损害。采用激光强化处理的模具可直接投入工业使用,降低模具制造成本;用软件实现激光强化处理工艺参数的自动化、处理过程的仿真和即时监控及处理后表面组织结构和性能的检测,实现复杂形状模具的智能化处理。采用熔覆和合金化在低成本金属模具表面得到其它成分的合金微观组织,加工得到机械性能优秀的模具,提高模具表面耐磨、耐蚀和耐热性能。
参考文献
[1]李儒荀,平雪良.连续激光强化模具刃口的工艺研究[J].电加工,1995(6).
[2]陈大明,徐有容.模具钢表面激光熔覆硬面合金层改性研究[J].金属热处理,1998(1).
[3]关振中.激光加工工艺手册[M].北京:中国计量出版社,1998.
[4]陈光南.激光热处理新技术及其应用[J].金属热处理,1998(7).
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