激光表面强化与修复技术在装备与设备维修中的应用.pdf

激光表面强化与修复技术在 装备与设备维修中的应用 曾晓雁“ 胡乾午 (华中科技大学激光技术国家重点实验窜，激光加121q家工程研究中心，武议430074) 摘要简要介绍了激光淬火、熔凝淬火、合金化、熔覆及基于激光焙覆的金属零什三维制造技术的基本原坤与特 点，以及华中科技大学激光加眦纠家工程研究中心利用卜述技术在装备与设备维修巾的典掣应用实例。最后，对我国激光 表面强化与修复技术在设备与装备维修领域中的发展现状与对策进行r分析一 关键词激光淬火激光熔覆激光合金化 激光快速制造装备维修 1引言 激光表面强化技术是近二卜年来发展十分迅速的表面上群技术之一。与其它热加工技术相比，激光 表面强化技术具有能量密度高、热影响医小、激光加热位置丌J眦精确确定、T件变形小等特点，凶此在装备 与设备的维修与维护中具有广泛的应用前景。激光表面强化技术包括激光淬火、熔凝淬火、表面合金化与 熔覆。近年来，基于激光熔覆技术的金属零件三维快速制造技术发展很快，并在没备维护与维修巾开始应 用。本文将简要介绍本实验室所研究开发的激光表面_[程技术及其在T业中的应用。 2激光淬火技术与应用 激光淬火技术，义称激光相变硬化，是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表嘶，使其温度迅速升高 到相变点以卜，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快述冷却到马氏体柏 变点以下，获得淬硬层的过程。激光淬火原理与感应淬火、火焰淬火技术相同。但是，它所使用的能量密 度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形小，加热层深度和加热轨迹容易控制，易于宴现自动化， 因此可以在很多上业领域中逐步取代感应淬火和化学热处理等传统T艺。激光淬火的另一个秀要特点在 二r它的自回火过程，因此工艺更加简便。激光淬火可以使工件表层0．1—1．0mm范同内的组织结构和性 能发生明显变化。 图1是42CrMo钢表面激光淬火区截面低倍形貌图，图中扁平型的激光淬硬区宽度达到22毫米，深度 为0．8毫米，是利用宽带激光淬火完成的。图2是该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线。可见，淬火 后硬度大幅度提高，且硬度最高区位于近表面区。 图1 42CrMo激光淬火的低倍组织形貌 图3是42CrMo材料制造的大型内齿圈激光淬火时的过程图。由于激光淬火时工件变形小，对零件表 应用高新技术提高维修保障能力会议论文集 面的粗糙度影响小，冈此采用激光淬火大型内齿囤后，不需要后续机械加工和回火处理，就可以直接应用 于装备中。相比高频感应淬火后需要进一步磨齿、同火等上艺而言，节约了大量的加丁时间与费用，具有 明显的优越件。经过激光淬火后的齿面，硬度可以达到HRC58—60，大幅度提高r内齿圈的耐磨性。 7∞ ；600 士 蔷500 曩400 噙300 200 (1(1 02 04 06 08 1．0 1 2 离表f自f距离【mrn) 图242CrMo激光淬硬层随深度的变化 图3大型内齿圈的激光表面淬火处理 3激光熔凝淬火技术及应用 激光熔凝淬火技术足利用激光束熔化基材表面，获得淬硬层的工艺过程。与激光淬火工艺不同，熔凝 淬火层沿横截面深度方向的组织依次为：熔凝层、相变硬化层、热影响区和基材。激光熔凝层比激光淬火 层的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。但该技术的缺点是，基材表面的粗糙度较大，后续加工鼍 夫，凼而在许多工程应用领域的应用受到限制。 为了降低激光熔凝处理后零件表面的粗糙度，华t11科技大学在激光处理的涂料方面进行了攻关，并取 得了显著的效果。激光熔凝处理特别适合于各种高、中碳钢、灰口铸铁和球墨铸铁等材料的表匝强化。例 62HRC。采用激光熔凝硬化处理灰口铸铁，可使表面熔凝层白口化