激光相变硬化的概念讲解
表面工程学-第四章 高能束表面改性
304不锈钢 5052铝 Ti合金
1.4 激光表面熔覆
一、原理 相变硬化： 表面不熔 表面合金化：粉末全熔，基体有较深熔化，两者全部混合 激光熔覆： 粉末全熔，基体表面微熔， → 结合力↑↑ 二、激光熔覆粉末提供方式
(a) 预置涂层法 (b) 同步送粉法 预置粉末方式有粘结剂预涂覆、火焰喷涂、等离子喷涂、电镀等
二、离子注入定义 离子注入技术是将从离子源中引出的低能离子束加速成具有 几万到几十万电子伏特的高能离子束后注入到固体材料表面， 形成特殊物理、化学或机械性能表面改性层 三、工艺过程 ⑴ 离化→气体，在高温灯丝加速电子的作用下离化。 简单 →金属，先蒸发成原子，然后离化。 复杂 ⑵ 分离→磁分析器从离子源产生的正离子中筛选出所需的离子 ⑶ 加速→加速器将筛选出的正离子加速到所需的能量 ⑷ 聚焦→利用四极透镜系统将离子束进行聚焦 ⑸ 注入→聚焦后的离子束高速注入靶面（工件表面）
四、离子注入材料表面的强化机理
(1)固溶强化效应 依据注入原子的种类及其与基材原子直径比值大小差别，离子注入层的固溶 强化机理有间隙固溶强化与替位固溶强化。 (2)晶粒细化效应 离子注入层的晶粒尺寸较离子注入之前大幅度减少。因此注入层的硬度与强 度也将大幅度提高。 (3)晶格损伤效应 高能量离子注入金属表面后，使晶格大量损伤，产生大量空位和高密度位错。 当注入的离子是C、N、B等轻元素时，会钉扎位错产生强化效应。 (4)弥散强化效应 离子注入会使靶材升温，特别是 N，B，C 会与金属形成 ’ -Fe4N, -Fe3N, CrN, TiN等氮化物，Be2B等硼化物和 TiC等碳化物，并弥散分布，使基 体强化。 (5) 压应力效应 离子注入能把20~50%的材料加入近表面区，使表面成为压缩状态。压缩应 力能填实表面裂纹，阻碍微粒从表面剥落，从而提高抗磨损及抗疲劳能 力。
激光表面相变硬化
激光表面相变硬化
激光表面相变硬化是激光热处理技术中发展较早且最成熟的工艺，可以对所有经相变而硬化的碳钢、合金钢、工具钢及铸铁等进行表面猝火，这与高频感应加热猝火原理类似，利用激光对材料表面高速瞬时加热及急速冷却的特性，在缺少奥氏体成分均匀化及长大的条件下，使材料表面形成细晶结构。
猝火后马氏体中碳的分布很不均匀，相当于无数高碳马氏体组织弥散分布于底火马氏体中，位错密度高即形成了高硬度的表面淬硬层，由于淬火效率高，被加工零件几乎无变形。
此外由于激光束的场深大，故可对几何型面不规则的零件进行表面硬化处理，如对汽车活塞耐磨部位、阀体、齿轮、凸轮轴、角齿沟槽等零件进行部位浅层淬火。
铝表面TIN硬化，采用激光方法进行粉末的沉积，熔化环流可有助于机械黏结的沉积层的形成在熔化环流和固体材料之间，氮化物粒子浮在熔化金属上，由于对流，其余粒子下沉并且散布在铝基体中，这样硬组织覆盖在表面上，表面硬化比基体硬度高出约2倍。
(摘自于表面处理手册)
锁紧螺母。
激光金属相变硬化技术及其应用
速加热条 件 下 过 热度 极 大 造 成相 变 驱 动 力极 大 ，使
得奥 氏体 中形 核 数 目多 ，随 后 急冷 使 奥 氏 体 晶粒 来 不 及长大 的 缘故 。有 人 认 为 激光 相 变 硬 化是 晶粒 缺
及轮船 等 的发 动 机气 缸 体 （ ） 内壁 、曲轴 、凸 轮 套
轴 、转 向 器壳 体 、齿 轮 、机 床 导 轨 、油 管螺 纹 及 刀
（ ）处理 层 和基 体 结合 强 度 高 ，具 有 较高 的硬 ３
度及耐磨性 。硬度 比传统 淬火提 高 １％ ～１ ％ 。 ０ ５ （ ）加工柔 性 好 ，适 用 面广 。 可对 复 杂 零 件 进 ４
处理。
（ ）工艺 简单 。噪声小 、污染 少 、劳动 条 件好 。 ５
容易实现 自动化生 产 ，效 率高 ，经 济效益 显著 。
在 国外 ，美 国通用 汽车公 司于 ２ ０世纪 ８ ０年代建
参 。 蛰 磊工 …
器２ ５
处 理
Ｔｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｔ ｎ
成１ ７条激 光表 面相变处 理生产 线 ， 日处 理 ３ ３万件 ， ． 耐 磨性较 原工艺 提高近 ｌ ０倍 ；意 大利 菲亚 特 汽车 公
行淬火 。
具 刃 口等 ，在 诸 多 的 应用 中 ，尤 以汽 车 制造 业 内 的 应用最 为活 跃 ，创 造 的 经济 价 值 最 大 。在 汽 车 的缸 体 、缸套 、曲轴 、凸轮 轴 、排 气 阀 、阀 座 、摇 臂 及
铝活塞 环槽等 许 多 关 键件 上 几 乎 均 可 以采 用 激 光热
激光相变硬化的概念讲解
课程：激光表面改性技术 主讲教师：林继兴
激光相变硬化的定义
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光相变硬化的定义及相变过程
激光相变硬化的定义
激
光 定义：激光快速扫描工件表面，表面薄层急剧
相 变
升温到相变点以上，高温薄层在基底冷却下，
超
进行自冷淬火，现实工件表面相变硬化。又称
快
激光淬火
作业思考题
1、激光相变硬化是怎么定义的？ 2、以碳钢为例，分析激光相变过程。
(激光快速加热)
珠光体
无扩散奥氏体
（快冷）
马氏体（ 过冷度大、形成细晶） 2、硬化
1）得到高碳马氏体，位错密度高最终导致表面硬度较高 2）表面压应力，提高疲劳性能
小结
1、激光相变硬化的定义： 1）相变：激光快速升温到相变点以上， 2）硬化：快速自行淬火，表层组织得到硬化
2、就碳钢而言，组织经历从珠光体加热转变为奥氏体，冷 却转变为马氏体，细晶、高位错、高碳马氏体组织是硬化 的原因。
加 热
超快加热相变
பைடு நூலகம்
自 ➢功率密度：>106W/cm2 行 ➢加热速度：104~106℃/s
淬 ➢冷却速度：106~108℃/s，自冷淬火 火
激光相变硬化的定义
激 光 相 变
超
快
加
热
自
a) 概念图 1-激光束；2-吸光剂；3-硬化层
行
b) 加热和冷却 1-激光；2-被加工材料
淬
火
激光相变、硬化
1、相变
激光表面处理技术
常规淬火硬度高5%~20%, 可获得极细的硬 化层组织。
( 3) 由于激光加热速度快, 因而热影响区小, 淬火应力及变形小。一股认为激光淬火处理几乎不产生变形, 而且相变硬化可以使表面产生大于4 000 MPa 的压应力, 有助 于提高零件的疲劳强度; 但厚度小于5mm 的零件其变形仍不 可忽视。
激光表面熔敷
激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金 粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化, 光束移开后自激冷却的一种表面强化方法。
激光表面熔敷特点
( 1) 冷却速度快(高达106 K/s)，组织具有快 速
凝固的典型特征； ( 2) 热输入和畸变较小，涂层稀释率低(一
般 小于5%)，与基体呈冶金结合；
激光表面处理技术优 点
( 5) 通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理 较厚的板材；
( 6) 由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的 安全，因此要致力于发展安全设施。
激光表面处理技术
美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载 齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。
----直升飞机辅助动力装置的行星齿轮 ----飞机主传动装置的传动齿轮 用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后 研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。 ----采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比 氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过 10～20h氮化处理的硬化层还厚，质量优 良，几乎无变形。
下优点:
激光表面处理技术优 点
( 1) 能量传递方便，可以对被处理工件表面有 选择的局部强化；
( 2) 能量作用集中，加工时间短，热影响区小， 激光处理后，工件变形小；
激光表面处理技术优 点
( 3) 处理表面形状复杂的工件，而且容易实 现自动化生产线；
浅谈激光束表面相变硬化技术
关键词 ：激光束 ； 相变硬化 ； 淬火
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｂ ｅ ａ ｍ； ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｒ ｄ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ； ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ
中图分类号： Ｔ Ｇ ４ ５ ６
【 渤海船舶职业学院 ， 葫芦 岛 １ ２ ５ ０ ０ ０ ） （ Ｂ ｏ ｈ ａ ｉ Ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｈ ｕ ｌ ｕ ｄ ａ ｏ １ ２ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘要 ： 激光 束表 面相 变硬化技 术是 激光热处理 中研 究最早 、 最多、 进展最快 、 应 用最广的一种 新工艺， 适用 于大多数材料和不 同 形状零件的不 同部位 ， 可提 高零件 的耐磨性和疲劳强度 。本文简要 介绍 了激光束表 面相 变硬化技术的原理以及应 用。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｂ ｅ ａ ｍ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｎ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｒ ｄ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ｎ ｅ ｗ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｄ ｅ ｓ ｔ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｉ ｔ ｉ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｏ ｓ ｔ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ．
718激光淬火工艺讲解
图3 钢材不同热处理的加热温度
图4 共析钢的等温转变图
2.2 激光淬火的原理
（1）获得晶粒极细的马氏体； （2）淬硬层中位错密度很高； （3）表层形成压应力。
图5 共析钢的等温转变和连续转变图
2.3 激光淬火的特点
（1）激光淬火后工件获得的马氏体晶粒更细，位错密度更高，强 度比常规淬火提高5%-20%；
21激光淬火的概念激光淬火又称激光相变硬化就是利用激光将金属材料加热到相变点以上但低于熔点依靠金属材料自身传导快速冷却达到淬火的目的其实质是马氏体相变硬化
激光淬火工艺
课程名称：激光加工技术 主讲教师：王文权 单位：浙江工贸职业技术学院
1. 教学目标
了解激光表面淬火的原理和工艺特点。
2.激光表面淬火介绍
图6 激光淬火表面层不同位置的硬度分布
图7 淬火硬化层深度与扫描速度的关系
（3）淬火前预处理：影响吸收率 磷化、黑化或涂覆红外能量吸收材料，其中黑化方法简单可
行：胶体石墨和含碳黑的涂料刷涂到工件表面，可提高吸收率达 90%以上。
表1 激光表面淬火应用实例
图8 激光淬火处理齿轮内齿 (40Cr)
（2）加热速度快，热影响区小，淬火应力及变形小； （3）热处理的柔性好，可对深孔、凹槽等进行局部硬化； （4）工艺周期短，生产效率高，容易实现自动化； （5）激光淬火无需冷却介质，对环境污染小。
2.4 影响激光淬火效果的因素
工艺因素 （1）光斑直径：影响淬火层宽度； （2）激光功率、扫描速度：淬火层深度 一般激光淬火使用的功率密度≤104W/cm2(过高导致材料熔化）
图9 激光淬火处理炮管内堂 （38CrNi3MoV)
图10 船本次课介绍了激光淬火的机理、特点和应用，激光淬 火比传统热处理获得的淬硬层硬度更高。
激光相变硬化
• 图3 轮轨试样硬度( a) 表面硬度; ( b) 剖 面硬度
• 图4 为轮轨试样硬度情况。由图3( a) 可知，激光 相变硬化处理能大幅度提高轮轨试样表面硬度值 ，钢轨试样和车轮试样分别提高43. 06%、44. 39% ，激光相变硬化处理后钢轨试样硬度高于车轮试 样硬度，轮轨试样硬度差值与相变硬化前基本相 差不大。从轮轨试样剖面硬度( 图3b) 可知，在轮 轨试样表层硬度较高，随着深度增加，硬度逐渐 递减，在深度约600 μm处，硬度达到基体硬度。 激光相变硬化后轮轨硬度提高是因为表层材料发 生了相变硬化，晶粒变细，生成的马氏体组织位 错密度、晶界角度增大，有效的强化了表层材料 组织性能，表面硬度提高有助于提高轮轨试样表 面的抗磨损能力。
我的观点
• 1:未说明激光表面处理对提高轮轨钢表面硬度影 响 • 2研究铁轨硬度对国家的发展具有重大的意义 • 3未考虑其他因素对处理后铁轨的影响
激光相变硬化
指导老师：易建龙
材料化学一班 王大寒 201240262112
技术简介
• 激光相变也称激光淬火，以高能量的激光束快速 扫描工件，使材料表面极薄一层的局部小区域内 快速稀吸收能量而是温度急剧上升,使其达到奥氏 体温度，此时工件基体仍处于冷态，激光离去后 ，由于热传导作用，此表层加热区域内热量迅速 传递到工件其他部位，使使该局部再瞬间进行自 冷淬火，得到马氏体组织，因而使材料表面发生 相变硬化
易建龙材料化学一班王大寒201240262112技术简介?激光相变也称激光淬火以高能量的激光束快速扫描工件使材料表面极薄一层的局部小区域内快速稀吸收能量而是温度急剧上升使其达到奥氏体温度此时工件基体仍处于冷态激光离去后由于热传导作用此表层加热区域内热量迅速传递到工件其他部位传递到工件其他部位使使该局部再瞬间进行自冷淬火得到马氏体组织因而使材料表面发生相变硬化激光相变硬化处理对轮轨钢磨损性能影响郭火明王文健刘腾飞郭俊刘启跃西南交通大学摩擦学研究所四川成都630031铁路运输关系到国计民生随着我国铁路运输量的迅猛增长重载运输已经成为铁路现代化的一个重要标志然而重载运输过程中大功率内燃机车和电力机车及大轴重机车的大量使用给国民经济带来大发展的同时民经济带来大发展的同时也造成轮轨的严重磨损这不仅仅加大了铁路运输成本更严重影响铁路运输安全
激光相变硬化的分析与讨论
激光相变硬化1 激光相变理论1.1 激光相变与常规淬火的区别根据钢的淬火原理：将钢在固态下加热到临界温度Ac3或Ac1以上一定温度（50~100℃），并在该温度下保持一段时间以后大于临界速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火，如图1中曲线2所示。
将钢加热到奥氏体转变临界温度（Ac3或Ac1）以上获得奥氏体组织，保温的目的是使组织充分奥氏体化，然后以大于临界淬火速度的冷却速度得到马氏体组织。
与常规淬火相比，激光淬火升温速度快，没有保温过程，达不到平衡时的均匀组织状态。
理想的淬火冷却过程如图2中曲线2所示：650℃以上应当缓慢冷却，以尽量降低淬火热应力；650~400℃之间应快速冷却，以通过过冷奥氏体最不稳定区域，避免发生珠光体或贝氏体转变。
在400℃以下Ms 点附近的温度区域，应当缓慢冷却以尽量减少马氏体转变时产生的组织应力。
这样可保证在获得马氏体组织条件下，减少淬火应力、避免工件产生变形或开裂。
激光淬火冷却的特点是停止加热的瞬间温度达到最高，随即以104~105℃/s 冷却速度冷却，远大于淬火介质为盐水或碱水的最大冷却速度（2000℃/s 和2830℃/s ），根据冷却速度与时间的关系可以推断激光淬火冷却曲线在钢的理想淬火冷却曲线左侧，如图2中曲线1。
图3是铁碳合金相图热力学上近于平衡时的组织状态与温度及合金成分之间的关系。
用缓慢的加热速度升温使钢奥氏体化，可以达到接衡的程度。
奥氏体是由生成核和长大而生成的，碳化物的溶解及奥氏体晶粒的长大，均受到扩散过程的支配。
在激光加热过程中，当加热速度足够高时（大于400~500℃/s ），钢铁中铁素体相α在某临界温度（约900℃）可发生马氏体型转变的逆转变，以切变方式瞬间生成与其成分相同的奥氏体相γ，即遵循非扩散型转变规律【9】。
由奥氏体形成动力学可知，随着钢中奥氏体温度的增加，奥氏体的形核率和长大速度均随之增加，因而激光快速加热条件下，奥氏体的形核极高。
激光束表面改性技术
激光束表面改性技术摘要：激光束表面改性技术在改善材料表面性能,提高材料使用寿命方面具有突出的优越性。
它作用于材料表面使得材料的表面性能得到了明显的提高，随着研究的深入和技术的逐渐成熟，表面改性技术在工业领域中的应用越来广泛，目前进行材料表面改性的工艺有激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、激光冲击硬化，本文就其工艺方法进行了综述。
一、引言激光表面处理技术的研究始于20世纪60年代，但是直到20世纪70年代初研制出大功率激光器之后，激光表面处理技术才获得实际的应用。
它是将现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多方面的成果和知识结合起来的高新技术，用激光的高辐射亮度，高方向性，高单色性特点，以非接触性的方式加热材料表面，借助于材料表面本身传导冷却, 使金属材料表面在瞬间被加热或熔化后高速冷却，来实现其表面改性的工艺方法。
二、激光相变硬化激光表面相变硬化又称激光淬火，它是以104～105W/cm2高能功率密度的激光束作用在工件表面，以105～106℃/s的加热速度，使受激光束作用的工件表面部位温度迅速上升到相变点以上，形成奥氏体，并通过仍处于冷却态的基体与加热区之间形成的极高的温度梯度的热传导，一旦激光停止照射，则以105℃/s的速度冷却，实现自冷淬火，形成表面相变硬化层。
三、激光熔覆激光熔覆是采用激光束加热熔覆材料和基材表面，使所需的特殊材料熔焊于工件表面的一种新型表面改性技术。
这项技术始于1974年, Gnanamuthu申请了激光熔覆一层金属于金属基体的熔覆方法专利[3]。
经过二十几年的发展, 激光熔覆已成为材料表面工程领域的前沿和热门课题。
影响激光熔覆的因素主要有熔覆材料的原始成分、基体材料成分、熔覆的工艺参数。
激光熔覆技术示意图见图11.短型光束或高斯型光束2.气动送粉3.测量孔4.振动器5.粉末漏斗箱6.二氧化碳气体激光束高频振动7样品运动8.样品9.熔覆厚度10.熔覆层图1激光熔覆技术示意图⑴激光熔覆材料激光熔覆材料主要有镍基、钴基、铁基自熔性合金和金属陶瓷等类型；激光熔覆材料的选择，主要考虑使用性能及工艺性能等因素。
激光相变硬化工艺参数讲解
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光相变硬化工艺参数
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光相变硬化工艺参数之间的 相互关系
激光相变硬化的工艺参数
工艺参数： 激光输出功率P、光斑尺寸D、扫描速度v 三者作用反映了硬化过程的温度及作用时间 硬化层深度与激光工艺参数的关系：
作业思考题
1、影响激光相变效果的主要工艺参数有哪些？ 2、在对试样进行激光相变强化时，为ห้องสมุดไป่ตู้么采用正离焦，而 不采用负离焦？
光斑尺寸
光斑尺寸靠调整聚焦系统的离焦量而实现，因而也有在工作中以离 焦量作为工艺参数。一般选用正离焦。
激光功率和扫描速度相同时，光斑尺寸越大，功率密度越低，硬化 层越浅；反之，光斑尺寸越小，功率密度越高，硬化层越深。
扫描速度
激光功率一定和其他条件相同时，扫描速度越低，激光在工件表
面工作时间越长，温度就越高，硬化层越深；反之，扫描速度越快， 硬化层越浅。
扫描速度越大，生产效率越高！
此外，还需注意辅助气体的保护作用。为防止各种光学零件的污
染，在激光硬化过程中需通压缩空气或N2气保护。对易氧化工件的
表面应通Ar气或N2气保护。
小 结
1、影响激光相变硬化的主要工艺参数：激光功率、光 斑尺寸、扫描速度等 2、硬化层深度与激光功率成正比，与光斑尺寸、扫描 速度成反比。 3、功率密度 = 激光功率/光斑面积
适当的选择与调整工艺参数，可以获得最佳的硬化效果
激光功率密度
P W S
W：激光功率密度
S： 平均光斑面积 P： 激光功率
影响激光质量的决定因素：功率密度和照射时间
因此，指定激光硬化工艺参数前需先确定三个参数：
激光相变硬化热处理
激光相变硬化热处理摘要：重点介绍了激光材料表面硬化的基本特性和强化原理,激光材料表面硬化工艺技术,以及材料表面预处理、激光材料表面硬化工艺技术技术参数、扫描方法等。
我国激光热处理的研制、开发和应用,已有30多年的历史。
可以预料,通过不懈的奋斗,技术必将有更多的新突破,而市场的开发也必定会有更大的发展。
关键词:激光;热处理;相变硬化;组织性能0 前言自从一九六零年激光问世以来,激光技术已经成为了一项令人瞩目的技术,几乎在各个行业中都得到了重要的运用。
而近年来,激光表面处理技术不但在科学研究与技术开发方面快速进展,同时在产业应用方面也得到了很大的提高,已经形成了表面工程一个非常活跃的新应用领域。
激光表面处理技术既可采用激光相变硬化(激光淬火)、表面熔凝改善基体表面物料的微观构造,也可采用微光包层、气相沉淀和合金化等处理方式,同时也改善基体表面的物理化学组成和微观构造。
其中,激光相变硬化是目前各种激光材料表面处理技术中,研发和使用价值最高的方式之一。
1 强化机理及特点激光相变硬化主要是指局部的急热急冷阶段,但因为升温持续时间极短,升温影响范围小,所以硬化层也较浅,一般只有约0.3~1.0mm。
激光相变及硬化后升温时,原金属材料表层很快到达大奥氏体化温度,而原有的金属材料中珠光体组织先经过无扩散过程转换为大奥氏体组织,然后再经过自身热传导而高速淬火,大奥氏体组织再经过无扩散过程转换为更细小的马氏体组织。
这是由激光在超高速升温条件下过热度大,使得相变推动力极大,奥氏体形核数量也迅速上升而引起的。
它既可在原晶界和亚晶粒边界处成核,又可在相界面处和其它晶格缺陷处成核,但在高速升温下产生的瞬间奥氏体化使颗粒来未及生长,当马氏体转化时,必将转变成更细微的马氏体组织;另外,由于激光高速升温,使得弥散的一致性化过程来未及完成,奥氏体中碳和合金的元素含量不均匀性加大,奥氏体中含碳量相同的微观地区明显减少,在此后的高速冷却条件下,截然不同的微观地区马氏体形成温度有较大的差别,这也就促成了更细微马氏体组织的产生。
激光相变硬化技术特性讲解
材料应力：热应力、组织应力， 金属表面不熔化，组织应力起
主要作用，表现为压应力
图2 45钢激光相变硬化后残余应力分布
激光相变硬化技术特性
4、可以对形状复杂和不能用常规方法处理的工件进行局部硬
化处理，也可以根据需要在同一个工件上的不同部位进行不同的硬
化处理。
图3 激光选区相变硬化
图4 整体热处理
激光相变硬化技术特性
5、工艺周期短，可自动化生产
6、无需冷却介质，环保
作业思考题
1、激光相变硬化具有哪些特性？ 2、激光相变硬化时，为什么不需要冷却介质？
1激光快冷快热生产效率高2激光相变硬化处理后硬度高耐磨性能好3变形小表面产生压应力疲劳性能好4可选区局部处理5工艺周期短可自动化生产6无需冷却介质环保作业思考题1激光相变硬化具有哪些特性
激光相变硬化技术特性
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光相变硬化技术特性
教学目标 通过本次课程的学习，了解激光相变硬化技术优势与特性。
5、激光相变硬化工艺周期短，生产效率高，工艺过程易实现计
Hale Waihona Puke 算机控制，自动化程度高，可纳入生产流水线。
6、激光相变硬化靠热量由表及里的传导自冷，无需冷却介质，
对环境无污染。
小 结
激光相变硬化的技术特性包括： 1、激光快冷、快热，生产效率高 2、激光相变硬化处理后，硬度高、耐磨性能好 3、变形小，表面产生压应力，疲劳性能好 4、可选区局部处理
激光相变硬化技术特性
1 、激光对工件表面的高速加热和高速冷却，加热速度可
104 ℃ /s~106 ℃ /s ，冷却速度可达 104 ℃ /s~108 ℃ /s ，有利于提高扫 描速度及相应的生产效率。
激光硬化原理
激光硬化原理
激光硬化是一种使用激光加热材料表面来提高其硬度的技术。
它可以在不改变材料整体性质的情况下，提高材料表面的硬度。
这种技术已经广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
激光硬化的原理是利用激光的高能量密度，使材料表面迅速升温并快速冷却，形成高硬度的表面层。
激光光束聚焦到材料表面后，光能会被吸收并转化为热能，导致材料表面快速升温。
这种加热方式不仅有效地防止了材料的变形，而且可以将热量控制在很小的区域内，从而提高了加工的精度和效率。
激光硬化的过程可以分为三个步骤：加热、淬火和回火。
首先，激光加热材料表面，使其温度上升到相应的硬化温度。
其次，材料表面迅速冷却，形成高硬度的表面层。
最后，通过回火处理，可以消除由于快速冷却引起的残余应力和脆性，提高材料表面的韧性和耐磨性。
激光硬化技术具有许多优点。
首先，它可以大幅度提高材料表面硬度，从而提高零件的耐磨性和抗腐蚀性，延长零件的使用寿命。
其次，激光硬化可以提高零件的精度和表面质量，减少加工工艺中的后续加工，降低成本。
此外，激光硬化还可以在局部区域进行加工，减少对整个零件的影响，从而提高加工的效率和准确性。
总的来说，激光硬化技术是一种高效、精准、环保的加工方式，已
经成为现代制造业中不可或缺的技术之一。
它的应用范围也在不断扩大，将为制造业的发展提供强大的支持和保障。
钻杆接头材料激光相变硬化的工艺研究
钻杆接头材料激光相变硬化的工艺研究创新材料的发展推动着传统制造业向智能制造业的转变，而激光相变硬化工艺在这一转变的过程中发挥着不可替代的作用。
激光相变硬化是采用激光技术，使材料表面产生相变而形成层，从而达到改变材料特性及加工性能的目的。
本文以钻杆接头材料激光相变硬化的工艺研究为主题，探讨该工艺在改善钻杆接头性能、提升接头坚固度以及延长钻杆寿命等方面的应用。
钻杆接头是钻井作业中重要的零部件，其性能会直接影响钻井过程中的操作效率及安全性。
然而，已有的加工工艺往往达不到期望的要求，从而影响接头的质量及使用寿命，因此，发展一种能够达到优化钻杆接头性能的工艺十分必要。
激光相变硬化是提升钻杆接头性能的一种有效工艺。
该工艺通过激光照射材料表面形成硬化层，并将硬化层内的铁素体改变为金素体，从而达到改善材料性能的目的。
特别是，激光相变硬化的优势在于它能够高效地快速同时进行多个表面处理工艺，例如热处理、淬火、细致加工及表面清理等，进而提高组件的质量及寿命。
同时，由于激光相变硬化的加工工艺简单、运行稳定、成本较低，因此具有很强的可行性及可持续发展性。
钻杆接头激光相变硬化的研究正值重大任务。
首先，应研究不同激光参数下钻杆接头表面的硬化层结构及性能。
此外，为了有效控制硬化层的厚度，需研究不同的激光参数及加工参数组合下硬化层厚度及其形成机理。
其次，应研究不同材料表面处理工艺及工艺参数对硬化层性能及表面粗糙度的影响，以期改善硬化层的粗糙度及坚固度，有效提高表面硬度。
最后，应研究钻杆接头激光相变硬化工艺对钻井效率及安全性的改善程度，以及抗腐蚀性、抗冲击性等性能的影响。
总之，借助激光相变硬化工艺，可有效改善钻杆接头的性能，从而提升钻井的效率及安全性，有助于钻井行业的发展。
因此，未来仍需开展深入的研究，研发出一种先进、高效、安全的钻杆接头激光相变硬化工艺，以期获得更好的用户体验。
激光相变硬化最大硬化层深的研究的开题报告
激光相变硬化最大硬化层深的研究的开题报告一、选题背景激光加工是现代制造业中越来越重要的一种技术。
激光相变硬化作为激光表面处理的一种新技术，由于其高效、高精度等特点而受到广泛关注。
激光相变硬化是利用激光在材料表面形成瞬间高温后迅速冷却的原理，使材料表面发生相变而产生硬化现象。
在具有一定塑性变形能力的金属、合金及陶瓷材料上，激光相变硬化技术被用作增强材料表面的硬度、抗磨损性、抗腐蚀性等性能，广泛应用于制造业中。
激光相变硬化的硬化层深度是评价激光加工质量的重要指标之一。
硬化层深度越大，说明激光加工的效果越好，材料的性能提升也越明显。
因此，研究激光相变硬化最大硬化层深度的影响因素和机理，对于推动激光相变硬化技术的发展和应用具有重要意义。
二、研究内容本研究拟选取不同材料的实验样品，利用激光相变硬化技术进行表面处理，研究激光功率、扫描速度、重复频率等参数对最大硬化层深度的影响。
通过对实验数据的分析，探究影响最大硬化层深度的关键因素和机理。
三、研究方法（1）实验方法：选取不同材料的实验样品，采用激光相变硬化技术进行表面处理，控制激光功率、扫描速度、重复频率等参数，得到不同参数下的硬化层深度数据。
（2）结构分析方法：采用金相显微镜等工具，对不同硬化层深度的实验样品进行现场观察和分析，并对其组织结构进行分析。
（3）性能测试方法：采用硬度测试仪、磨损测试仪等工具，对不同硬化层深度的实验样品进行性能测试，评估其硬度、抗磨损性等性能。
四、研究意义本研究旨在探究激光相变硬化最大硬化层深度的影响因素和机理，为推动激光相变硬化技术的发展和应用提供理论基础和实验支持。
同时，本研究的成果还将为金属、合金及陶瓷材料表面处理等领域提供有用的参考数据和信息，推动整个行业的发展。
五、预期成果本研究预计可以获得如下成果：（1）探究不同激光功率、扫描速度、重复频率等参数对激光相变硬化最大硬化层深度的影响规律；（2）研究不同参数下激光相变硬化样品的组织结构和硬度、抗磨损性等性能；（3）分析影响激光相变硬化最大硬化层深度的关键因素和机理；（4）为金属、合金及陶瓷材料表面处理等领域提供有用的参考数据和信息。
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功率密度：>106W/cm2
加热速度：104~106℃/s 冷却速度：106~108℃/s，自冷淬火
激光相变硬化的定义
激 光 相 变 超 快 加 热 自 行 淬 火
a) 概念图 1-激光束；2-吸光剂；3-硬化层 b) 加热和冷却 1-激光；2-被加工材料
激光相变、硬化
激光相变硬化的定义
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光相变硬化的定义
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光相变硬化的定义及相变过程
激光相变硬化的定义
激 光 相 变 超 快 加 热 自 行 淬 火
定义：激光快速扫描工件表面，表面薄层急剧 升温到相变点以上，高温薄层在基底冷却下，
进行自冷淬火，现实工件表面相变硬化。又称
却转变为马氏体，细晶、高位错、高碳马氏体组织是硬化
的原因。
作业思考题
1、激光相变硬化是怎么定义的？ 2、以碳钢为例，分析激光相变过程。
1、相变 (激光快速加热) 珠光体 无扩散奥氏体 （快冷） 马氏体（ 过冷度大、形成细晶） 2、硬化 1）得到高碳马氏体，位错密度高最终导致表面硬度较高 2）表面压应力，提高疲劳性能
小ห้องสมุดไป่ตู้结
1、激光相变硬化的定义： 1）相变：激光快速升温到相变点以上， 2）硬化：快速自行淬火，表层组织得到硬化
2、就碳钢而言，组织经历从珠光体加热转变为奥氏体，冷