第五章激光表面處理h.pptVIP

第五章 激光表面处理;本章主要内容;§5.1 概述;分类;§5.2 激光表面相变硬化;作用过程;激光相变硬化的特点;一、影响硬化指标参数;加热温度 组织转变温度比常规上移很多：C钢900~1200℃ 但晶粒仍来不及长大。加热：2×103~2×105 0c/s，冷却：700~2×104 0c/s；1KWCO2，V=5~70mm/s 加热速度 常规速度：A 形核、长大，Fe3C溶解，A均匀化。一个温度范围内，扩散型机理 激光加热：非扩散型机理。在一个恒定温度下，F自发瞬间转变成A，无C化物参与。体心立方→面心立方。T增大时，才有C化物向A溶化过程 冷却：很高速度容易自淬火，比普通油冷水冷速度高出一个数量级以上;二、硬化工艺;喷涂覆盖物：10~20um厚 商用高温油漆：有机物＋碳黑＋氧化钛＋SiO2＋硅酸钠、硅酸钾等 石墨和炭素墨水 黑化涂料喷涂 化学反应吸收层 磷化法：形成磷酸锰、磷酸锌、磷酸铁覆盖层 NaOH氧化法 布儒斯特角吸收：入射角的控制、光斑的扩大等问题、内表面处理;2 常规参数;三 相变硬化层性质;硬度沿宽度方向分布;疲劳强度：相变硬化、马氏体转变过程产生体积膨胀，膨胀受到基体的制约产生残余压应力，压应力使疲劳强度增大 耐磨性：硬夹软的特点，容纳碎屑和润滑油 ;四、激光相变硬化实例;四、激光相变硬化实例;§5.3 激光冲击硬化;激光冲击强化原理;两种类型;激光冲击处理过程分析(有约束层时);冲击波峰压;激光冲击强化提高材料机械性能的机理;激光冲击处理的国内外现状与发展趋势;存在的主要问题;§5.4 激光熔凝,合金化及熔敷;二、激光合金化及熔覆的基础;2 影响熔池对流特征的影响因素;P238－图23－6;(2) 光束能量分布对熔池对流特征的影响;光束能量分布特征对于熔层对流特征的影响;（3）激光工艺参数对熔池对流特征的影响;3 激光熔覆与合金化表面形貌及其控制;表面形貌的影响因素及其控制 材质：活性元素加入可改善表面状况，如硼、硅等，减小表面张力 工艺参数：功率密度和作用时间 表面粗糙度随激光功率和扫描速度的减小而下降 功率密度恒定条件下，表面粗糙度与激光扫描速度的关系曲线存在一最大值 较大光斑和较低功率密度可改善波纹 临界熔化表面与不充分熔化均属缺陷 能量过低???速度过大所造成;4 激光熔池成分均匀化机理;5 激光熔覆与合金化层的应力状态、裂纹与变形;激光熔凝层的裂纹 成因：激光熔凝层内存在拉应力，当局部应力超过材料的强度极限时，产生裂纹 发生部位：枝晶界、气孔、夹杂物等强度较低或应力较为集中处 按产生的位置分类： 熔凝层裂纹：熔化层凝固过程中，熔化层内部或表面 界面基材裂纹：熔凝层与界面交界区或热影响区内，多以空洞或夹杂为起源 扫描搭接区裂纹：搭接区与基材交界的“三角区” 与材料、工艺等密切相关;激光熔凝引起的基材变形 根本原因：拉应力 变形方向：向熔凝面弯曲 工艺参数：厚度、预热或后热等 基材自身应力状态 控制变形措施： 热处理的方法消除内应力 薄的覆层 预热和后热工艺 预应力拉伸、预变形或夹具固定等措施;6 激光熔覆与合金化层的气孔及其控制;三、激光表面合金化;预置式激光合金化（预置法） 理想层：厚度均匀，孔隙率低，高温下粘性 热喷涂法：火焰喷涂和等离子喷涂（厚度易控，形状限制成本） 电镀法：方法简单，大量H存在→气孔 涂刷法：粘结剂与合金粉末调和。清漆，水玻璃等 总的来说，导热性差，不利于基本熔化 气体激光合金化 辐照部位从气氛中吸收碳、氮等 典型应用：钛及钛合金的氮化;同步式激光合金化（同步沉积法，提高了能量利用率） 优点： 大大降低合金化层的不均匀性 减少了对基体材料的热作用，需要的能量少 简化了工艺 两种方法： 送粉（正向，逆向）：气体做动力，粉末送至光束下方，加热与送粉同步 供丝 （以熔滴形式过渡）;易产生的问题： 裂纹：冷却凝固时，收缩受到基体制约，合金层种产生拉应力，枝晶完全凝固前拉应力造成的偏析裂纹，多次扫描应力重叠大于抗拉强度 防治措施：预热和后热 应用： 钛：碳、氮在表面形成合金、提高疲劳强度、着色 铸铁：Cr,Si,和C，特殊性能铁合金表面 钢：Cr、Mo、B、Ni等，类似不锈钢的防锈表层 铝：C、Si、N和Ni的合金化得到硬的表层;典型应用实例;球墨铸铁活塞环激光合金化 提高活塞环和气缸套副使用寿命是内燃机设计制造中的重要问题。 目前用于活塞环表面处理的措施较多,如镀铬、喷钼、涂镀TiN、喷涂镍陶瓷复合涂层等,但都不能与基体形成冶金结合, 激光陶瓷合金化技术：高质量耐磨环, 热效应小,有利于减少活塞环的变形,可获得无气孔,无裂纹的表层;材料 基底材料为球墨铸铁,有铸态和正火态两种，标准试样,其表面精磨后粗糙度为Ra=0118~0120μm。 合金化涂料以C2Si2B2Re 共晶