激光表面强化与热处理技术及其应用讲解
激光冲击强化的原理和应用
激光冲击强化的原理和应用1. 引言激光冲击强化是一种基于激光技术的金属表面处理方法，通过激光的高能量和高浓度束流对金属材料进行瞬间加热和快速冷却，以改善材料的力学性能和表面硬度。
本文将介绍激光冲击强化的原理和应用领域。
2. 原理激光冲击强化的原理基于激光在材料表面的作用。
当激光束照射到金属表面时，激光能量会被吸收并转化为热能。
这种热能的瞬时加热会导致局部温度升高，从而引起材料的熔化和损伤。
随后，激光在热膨胀过程中产生冷却速度快的凝固区域，通过迅速冷却可使凝固区域内的晶粒细化和固态相变等宏观结构改变发生。
这些结构改变可以显著提高材料的力学性能和表面硬度。
3. 应用领域激光冲击强化技术在以下几个方面得到了广泛应用：3.1 金属材料加工激光冲击强化可用于提高金属材料的抗疲劳性能和抗磨损性能。
通过激光冲击强化处理，金属材料的表面硬度可以明显提高，从而延长其使用寿命。
这在航空航天、汽车制造和机械加工等领域具有重要的应用价值。
3.2 电子器件制造激光冲击强化技术也可以用于电子器件的制造。
例如，在半导体行业中，激光冲击强化可以提高电子器件的导电性能和耐磨性能，从而提高整个电子器件的性能和可靠性。
此外，激光冲击强化还可以用于制造微电子器件和纳米器件。
3.3 医疗领域激光冲击强化技术在医疗领域也有重要应用。
例如，在人工关节和牙科种植领域，激光冲击强化可以提高金属和陶瓷材料的力学性能，从而增加人工关节的使用寿命和牙科种植的成功率。
此外，激光冲击强化还可以用于制造骨科植入物和医疗器械的表面处理。
3.4 其他应用领域除了以上几个主要应用领域外，激光冲击强化技术还在其他一些领域得到了应用。
例如，在船舶制造和海洋工程中，激光冲击强化可以提高金属材料的耐腐蚀性能和抗氧化性能，从而延长船舶的使用寿命。
在建筑领域，激光冲击强化可以用于加固建筑物的结构材料，提高抗震能力。
4. 结论激光冲击强化是一种基于激光技术的金属表面处理方法，通过激光的高能量和高浓度束流对金属材料进行瞬间加热和快速冷却，以改善材料的力学性能和表面硬度。
激光技术在材料表面处理中的应用
激光技术在材料表面处理中的应用随着科学技术的发展，激光技术已经成为现代产业化生产和科学研究领域中不可或缺的一种重要手段。
作为一种高能量密度的光束，激光的应用领域十分广泛，从原子物理到生物医学，都有激光的身影。
在材料领域，激光技术也具有独特的优势，特别是在材料表面处理中的应用，可以帮助优化材料表面性能并提高材料的使用寿命。
一、激光技术在表面改性中的基本原理激光技术在材料表面处理中的应用，主要是通过激光与材料表面的相互作用来实现的，其基本原理是激光的高能量密度可以激发材料表面的原子和分子，使其发生化学、物理、热力学等方面的变化。
具体地说，可以通过以下几种方式实现材料表面改性：1. 激光熔覆（Laser cladding）：激光对工件表面进行扫描，使其局部区域的温度升高，材料表面开始熔化，在划定的熔化区域内加入合适的材料粉末，激光和粉末共同作用下，在工件表面形成一层新材料，使其表面性能发生变化。
2. 激光表面取样（Laser surface modification）：激光瞄准材料表面，通过光热相互作用，使表面材料脱除一层钝化层，进而暴露出活性原子，修改表面化学性质并增加表面粗糙度和表面活性，从而提升材料的附着性、耐磨性和耐腐蚀性等表面性能。
3. 激光刻蚀（Laser etching）：激光在材料表面划出图案、文字或图像，因为激光线的有效能量密度特别高，在表面材料上形成一定的切迹，从而实现表面形貌、颜色的微细调整。
特别是在制造微电子领域，激光刻蚀技术具有广泛应用。
到这里，读者应该对激光技术在材料表面处理中的基本原理和方式有了大概的了解。
下面，我们来说说激光技术在材料表面处理中的具体应用。
二、激光技术在材料表面处理中的应用实例（1）激光表面取样改性激光表面取样改性是通过激光加热局部区域，使其超过材料的熔点，从而使材料表面瞬间升温，并脱除表面氧化层，从而获得更好的表面附着性能和低粘附性。
例如，有研究发现，对于钢材，在激光处理后的表面粗糙度显著增加，疏水性油(切削液)的接触角也大幅度提高。
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术是一项全新的技术，可以实现金属的表面改性，改善材料的表面性能，提高材料的耐磨性、腐蚀性和破坏性，延长外壳的使用寿命。
通常情况下，激光表面强化技术可以满足金属表面的改性需求，并且可以快速、灵活地制备。
激光表面强化技术可以应用于很多领域，如汽车配件表面加工、矿山机械表面加工、制冷管材表面加工和其他机械设备表面加工等。
在汽车配件表面加工中，激光表面强化技术可以提高碳素钢的耐磨性，改善碳素钢的表面性能，以及改善碳素钢表面的粗糙度。
而在矿山机械表面加工中，激光表面强化技术可以提高不锈质件的耐磨性，提升不锈钢件的表面质量，从而延长机械设备的使用寿命。
在制冷管材表面加工中，激光表面强化技术可以增加管材表面硬度，提高管材的耐腐蚀性和耐磨性，以及降低热膨胀系数，从而改善管材的使用性能。
此外，激光表面强化技术还可以应用于其他机械设备表面加工，如各种非金属件的表面加工，可以显著改善非金属件的表面性能。
激光表面强化技术的应用非常广泛，不仅可以改善金属和非金属表面的性能，还可以应用于多种机械设备的表面加工，提高机械设备的使用性能和使用寿命。
激光表面强化技术是未来金属表面加工技术进步的重要利器。
激光强化、修复技术
1．激光外表强化的原理当激光束照射到材料外表时，激光被材料吸收变为热能，表层材料受热升温。
由于功率集中在一个很小的外表上，在很短时间(10～～10 S)内即把材料加热到高温(加热速度高达lO5～lO9~C／s)，使材料发生固体相变、熔化甚至蒸发。
当激光束被切断或移开后，材料外表冷速很快(冷速高达lO4~C／s)，自然冷却就能实现外表强化。
根据激光束与材料外表作用的功率密度，作用时间及作用方式的不同，可实现不同类型的激光外表强化。
2 激光外表强化技术的分类激光外表强化技术的分类见图1、图2。
图2表示出激光外表强化方法在激光功率密度和作用时间坐标系中所处的位置，这些过程在很大程度上取决于功率密度和幅照时间。
3 激光束外表强化的特点(1)激光功率密度大，加热速度快(105～lO9℃／s)，加热温度高，基体自然冷却速度高(>lO4oC／s)，生产效率高。
(2)外表强化层组织细，硬度高，质量好，外表光洁无氧化，具有高的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性。
(3)热影响区小，工件变形小。
(4)可以局部加热，对形状复杂，非对称几何形状的零件及特殊部位均可进展外表强化处理，如盲孔底部、深孔内壁等。
(5)整个过程易实现自动控制。
(6)无污染，劳动条件好。
激光外表强化技术也存在一些问题，如对反射率高的材料要进展防反射处理，不适宜一次进展大面积处理，激光本身是转换效率较低的能源，激光设备价格较高等等。
因此，采用激光外表强化技术时，要选择适当的零件、材料和工艺，充分利用其优点，使之成为高效率、高经济效益的方法。
4 激光外表相变硬化(激光淬火)激光淬火是金属材料在固态下经受激光辐照，外表被迅速加热到奥氏体化温度以上，并在激光停顿辐射后快速自淬火得到马氏体组织的一种工艺方法。
激光淬火适用于珠光体灰铁、铁素体灰铁、球墨铸铁、碳钢、合金钢、马氏体型不锈钢、铝合金等。
钢铁材料激光淬火比传统热处理的组织更细小，硬度提高15％～20％，耐磨性明显提高，见表1。
激光表面热处理技术
先进制造技术——激光表面热处理技术摘要：激光表面处理技术是融合了现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多学科技术的高新技术，包括激光表面改性技术、激光表面修复技术、激光熔覆技术、激光产品化技术等，能使低等级材料实现高性能表层改性，达到零件低成本与工作表面高性能的最佳组合，为解决整体强化和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来了可能性，对重要构件材质与性能的选择匹配、设计、制造产生重要的有利影响，甚至可能导致设计和制造工艺的某些根本性变革。
关键字：激光表面热处理正文：激光是一种相位一致、波长一定、方向性极强的电磁波,激光束由一系列反射镜和透镜来控制,可以聚焦成直径很小的光(直径只有0.1mm),从而可以获得极高的功率密度(104~109W/cm2)。
激光与金属之间的互相作用按激光强度和辐射时间分为几个阶段:吸收光束、能量传递、金属组织的改变、激光作用的冷却等。
它对材料表面可产生加热、熔化和冲击作用。
随着大功率激光器出现,以及激光束调制、瞄准等技术的发展,激光技术进入金属材料表面热处理和表面合金化技术领域,并在近年得到迅速发展。
激光表面处理采用大功率密度的激光束、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,来实现其表面改性的工艺方法。
激光表面热处理是以激光作为热源的表面处理技术，其研究的是金属材料及其制品在激光的作用下组织和性能的变化规律，以及它在工业行业中所必须解决的工艺和装备因此激光热处理是涉及化学、材料科学与工程、机械和自动控制工程等多学科的高新技术，是传统热处理的发展与补充。
采用激光热处理可以做到其它热处理方式难以实现的技术目标，所以国内外对于激光热处理的研究、开发和应用都正处于上升阶段。
激光表面热处理特点主要有：1.在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。
其应用的潜力首先在于大幅度提高表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的的能力以及制备特殊的耐腐蚀功能表层。
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；
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术及其应用随着科技的不断发展，激光技术已经成为现代工业生产中不可或缺的一部分。
激光表面强化技术是近年来发展起来的一种新型表面处理技术，它可以使材料表面的硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能得到显著提高，从而提高材料的使用寿命和可靠性。
本文将从激光表面强化技术的原理、方法和应用方面进行探讨。
一、激光表面强化技术的原理激光表面强化技术是利用激光束高能量密度的特点，将激光束聚焦到材料表面，使其表面受到高温和高压的作用，从而改变其组织结构和化学性质，提高其硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能。
具体来说，激光束在材料表面产生高温和高压，使表面材料发生相变、熔化、蒸发等过程，同时还会激发材料中的原子、分子等产生化学反应，形成新的化合物或化学键，从而改变表面材料的化学性质。
这些变化使得材料表面的硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能得到显著提高。
二、激光表面强化技术的方法激光表面强化技术的方法主要分为以下几种：1. 激光淬火：利用激光束高能量密度的特点，将其聚焦到材料表面，使其表面迅速升温，然后快速冷却，从而使表面形成高硬度的淬火层。
这种方法适用于钢、铁等金属材料。
2. 激光熔覆：将激光束聚焦到材料表面，使其表面熔化，然后喷射一定量的粉末或线材，形成一层新的涂层。
这种方法适用于各种金属材料和陶瓷材料。
3. 激光表面改性：利用激光束高能量密度的特点，将其聚焦到材料表面，使其表面发生物理和化学变化，从而改变其表面性质。
这种方法适用于各种材料。
三、激光表面强化技术的应用激光表面强化技术具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面： 1. 汽车制造：激光表面强化技术可以提高汽车零部件的硬度和耐磨性，从而增加汽车的使用寿命和可靠性。
2. 航空航天制造：激光表面强化技术可以提高飞机发动机叶片、涡轮等零部件的耐磨性和抗腐蚀性，从而提高飞机的性能和可靠性。
3. 电子制造：激光表面强化技术可以提高电子器件的耐磨性和抗腐蚀性，从而提高电子器件的使用寿命和可靠性。
激光表面强化及再制造加工技术在工业领域讲解
激光表面强化及再制造加工技术在工业领域激光表面强化及再制造加工技术是一种集光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术，因其特有的无污染、低能耗、易于自动控制等优势而迅速发展成为一种先进的表面加工技术。
该技术历经二十余年的进步，伴随着高功率激光器、装备智能化控制和材料技术的不断升级和改进，已越来越多应用到工业零部件的强化和再制造中。
一、激光表面强化及再制造加工技术分类及简介激光表面强化及再制造加工技术可以在不改变金属零件表面金属成分的条件下提高零件表面的机械性能，也可以对金属零件磨损或者拉伤的部位进行类同质熔覆修复、恢复形貌尺寸和性能，还可以对一些金属零件关键部位添加合金或者陶瓷材料进行表面改性，大大提高该部位防腐耐蚀、耐磨、高温抗疲劳等性能。
激光表面强化及再制造加工技术特点：无污染、可控性好、热影响区小、组织缺陷少、处理效果好、便于实现自动化。
国内外广泛使用的激光表面强化及再制造加工技术主要分三种：激光淬火、激光再制造（熔覆）、激光合金化。
以下对这三类技术及特点简单介绍：1.激光淬火技术采用高能量激光作为热源，使金属表面快热快冷，瞬间完成淬火过程，得到高硬度、超细的马氏体组织，提高表面的硬度及耐磨性，并且在表面形成压应力，提高疲劳强度。
图2-4为几种典型材料激光淬火层的组织和横断面硬度分布。
图1半导体激光淬火设备及淬火示意图图2GCr15激光淬火硬度及组织照片（激光功率2.2kW，速度15mm/s）图342CrMo激光淬火硬度及组织照片（激光功率2.2kW，速度10mm/s）图47CrSiMnMoV激光淬火硬度及组织照片（激光功率2.2kW，速度10mm/s）激光淬火特点：变形小、形成残余压应力、硬度高、淬火层深度硬度可控、环保（无需水、油等淬火液）、易于实现自动化控制，该工艺不需添加功能合金材料。
2.激光合金化技术采用高能量激光作为热源，照射通过喷涂在工件表面预制好的超细金属或金属陶瓷合金化材料，使之在高能密度激光束作用下快速渗透熔凝，从而改变工件表面成分，获得组织细密、高耐磨合金层，大幅提高工件高温腐蚀条件下的耐磨性能。
激光表面强化与热处理应用讲解
激光表面加强与热办理的应用激光表面加强与热办理技术是近20年来展开起来的一种新式资料表面办理技术。
激光表面加强技术的原理是利用激光穿透能力极强的特色，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面快速奥氏体化，而后急速自冷淬火，金属表面快速被加强。
激光表面加强与热办理能够分为3类：一是激光照耀时金属不融化，不过组织发生变化，这种工艺主要为激光相变硬化(激光淬火)；二是激光照耀时金属融化，冷却后组织发生变化或参加其余元素改良表面性质，包含激光熔凝、激光合金化、激光非晶化和微晶化等；三是激光照耀时金属表面发生汽化，进而发生组织变化，这种工艺主要为激光冲击硬化。
上述各样激光热办理工艺共同的理论根基是激光与物质的互相作用规律及其金属学行为。
激光热办理是传统热办理技术的展开和增补，它能够解决其余表面办理方法没法解决或不好解决的资料加强问题。
经过激光办理后，铸层表层强度可达HRC60以上，中碳、高碳钢以及合金钢的表层硬度可达HRC70以上，进而提升其抗磨损、抗疲惫、耐腐化和防氧化等性能，延伸其使用寿命。
激光热办理在汽车行业应用极为宽泛，在很多车重点件上(如缸体．缸套、曲轴、凸轮轴、排气阀、阀座或活塞环等)几乎都能够采HJ激光热办理。
相同，农用机车也应当宽泛使用。
在农业生产中，机器的工作条件是多种多样的，有些机器(犁、中耕机、播种机和收割机)直接在磨料介质中工作，使很多部件磨损很快。
另一方面，为了获取足够的强度，机器的资料用量较大，不单浪费资料，并且显得粗笨。
关于此类部件，激光硬化办理后的硬度比惯例淬火硬度高5%20%，激光合金化能够依据要求选择参加新资料，形成以基材为根基的新合金层，以获取满意的性能。
别的，因为办理后性能的提升，能够采用低性能的基材，进而减少了基材的质量。
激光技术在材料表面处理中的应用研究
激光技术在材料表面处理中的应用研究在现代工业生产和科学研究中，材料表面处理是一个至关重要的环节。
它不仅能够改善材料的表面性能，如硬度、耐磨性、耐腐蚀性等，还能赋予材料新的功能，如光学性能、电学性能等。
而激光技术作为一种先进的加工手段，在材料表面处理领域展现出了独特的优势和广阔的应用前景。
一、激光技术的原理及特点激光，即受激辐射光放大，具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特点。
当激光束聚焦到材料表面时，其能量密度极高，可以在瞬间产生高温，使材料表面发生熔化、气化甚至等离子体化等物理化学变化。
与传统的表面处理技术相比，激光技术具有许多显著的优点。
首先，激光处理是一种非接触式加工，不会对材料造成机械压力和变形，从而保证了处理后的材料精度和质量。
其次，激光能够实现精确的局部处理，可以在复杂形状的材料表面进行选择性加工，具有很高的灵活性和可控性。
此外，激光处理的速度快、效率高，能够大大提高生产效率。
二、激光技术在材料表面处理中的应用1、激光淬火激光淬火是利用激光束快速扫描材料表面，使其瞬间升温并迅速冷却，从而在材料表面形成一层硬度较高的淬火层。
这种处理方法可以显著提高材料的表面硬度和耐磨性，适用于各种金属材料，如钢铁、铝合金等。
例如，在汽车制造业中，激光淬火技术常被用于处理发动机零件、传动部件等，以提高其使用寿命和可靠性。
2、激光熔覆激光熔覆是通过在材料表面添加熔覆材料，并利用激光束使其熔化与基体材料形成冶金结合的涂层。
该涂层可以改善材料的表面性能，如耐磨、耐腐蚀、耐高温等。
在航空航天领域，激光熔覆技术常用于修复飞机发动机叶片、涡轮盘等关键部件，提高其性能和可靠性。
3、激光表面合金化激光表面合金化是将合金元素与基体材料同时熔化，使合金元素在材料表面均匀分布，形成具有特定性能的合金化层。
这种方法可以在不改变材料整体性能的前提下，显著改善材料的表面性能。
例如，在模具制造中，通过激光表面合金化可以提高模具的表面硬度和耐磨性，延长模具的使用寿命。
激光表面强化
激光表面强化技术的应用实例以及特点
4.激光表面熔覆
4.1 简介： 在基体材料表面添加熔覆材料(采用预置法或同步法)，利 用高能密度的激光束使之与基体表面薄层一起熔凝，在基材表 面形成与其呈冶金结合的添料熔覆层。
激光表面强化技术的应用实例以及特点
4.2 实例： 4.2.1 矿用108 t自卸车发动机凸轮轴的修复，熔覆材料 Ni基自熔合金。 4.2.2 矿用渣浆泵平衡盘：受矿井水的腐蚀和水中煤粒的 冲蚀磨损的交互作用，一般采用合金钢或合金铸铁，使用寿命 很低，后改为火焰喷焊镍基合金，零件使用寿命有所提高，但 工艺操作复杂，合金粉末消耗多，工件变形大，涂层缺陷多， 零件加工量大。采用45钢激光熔覆Ni60和Ni60涂层，经煤矿 现场使用，使用寿命比火焰喷焊镍基合金涂层提高50％以上， 而且质量好，效益高。 4.3 特点： 熔覆层与基体呈冶金结合；对基材的热影响区小，变形 小；基材的稀释程度低(一般为2％ ～8％)。
激光表面强化技术的分类
激光表面强化技术的分类
激光表面强化技术的应用实例以及特点
1.激光表面相变硬化(激光淬火)
1.1 简介： 激光淬火是金属材料在固态下经受激光辐照，表面被迅 速加热到奥氏体化温度以上，并在激光停止辐射后快速自淬火 得到马氏体组织的一种工艺方法。 1.2 实例： 1.2.1邮票打孔器激光淬火：对打孔器孔模周围孔刃进行 激光表面淬火后，硬度由18HRC提高到70HRC 1.2.2汽车转向器壳体：美国通用汽车公司萨基诺 (Saginaw)转向器分厂(1974年)首先将激光淬火应用于工业大 批量生产，在可锻铸铁壳体内表面磨损最严重的部分处理了5 条宽1．5～2．5mln，深0．25～0．35mln的硬化带，硬度64 HRC，使用寿命提高10倍 1.3 特点： 激光淬火试样的耐磨性比淬火+低温回火试样提高50％左 右，比淬火+高温回火试样提高15倍左右。
激光强化物体的原理
激光强化物体的原理激光强化是一种利用激光技术对物体进行表面处理和改良的方法。
它可以提高物体的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能，改善物体的表面质量和形状。
激光强化的原理主要包括以下几个方面：一、激光与物体的相互作用：激光是一种高能量、高亮度的电磁波，其特点是单色性、方向性和相干性。
当激光束与物体表面相交时，能量将被吸收或反射。
在吸收过程中，能量被转化为物体的热量，使物体局部温度升高。
二、物体的热传导和热扩散：当激光束与物体表面相交后，能量会通过物体的热传导或热扩散向物体内部传导。
物体的热传导系数和热扩散系数决定了能量在物体内部传播的速度和范围。
三、热处理过程中的相变和晶粒尺寸改变：物体在激光热处理过程中会发生一系列的相变和晶粒尺寸改变。
相变是指物体由一个相转变为另一个相的过程，如固态到液态、液态到气态的转变。
晶粒尺寸改变是指物体内部晶粒尺寸的增大或减小。
四、物体的熔化和再凝固：在激光照射下，物体表面会被局部加热至熔点以上的温度，形成液态区域。
当激光束停止照射后，液态区域会迅速冷却，形成再凝固区域。
液态区域和再凝固区域的形态和尺寸决定了物体的表面形状和结构。
五、激光处理参数的优化：激光强化过程中，激光的功率、波长、脉冲宽度和重复频率等处理参数的选择和优化对物体的表面质量和性能有重要影响。
适当选择这些参数可以实现不同的物体表面效应。
六、物体表面的改性和改进：激光强化可以通过物理、化学和相变等方式改变物体表面的结构和性能。
例如，激光烧结可以将金属粉末烧结成致密的构件；激光合金化可以在物体表面形成合金层；激光熔凝可以改变物体表面的晶须形貌等。
总结来说，激光强化是通过激光的高能量和高亮度，将能量传输到物体表面并向其内部传导，从而在物体表面和内部产生一系列的热物理和结构改变。
通过优化激光处理参数，可以实现物体表面结构和性能的改良，达到增强物体的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能的效果。
激光热处理原理及应用
激光热处理原理及应用激光热处理（Laser heat treatment）是利用激光器产生的高能量、高密度的激光束对材料进行加热处理的一种表面强化技术。
它通过瞬间的激光照射，使材料表面局部区域迅速加热到很高的温度，然后通过传热作用将高温局部含能量较高的物质重新排序，从而改变材料的微观结构和性能。
激光热处理的原理主要包括吸收过程、传热过程和相变过程三个方面。
首先是吸收过程。
激光束照射到材料表面时，会引起表面的光源吸收，激光能量被转化为热能。
此过程与激光在材料中的反射、散射以及折射有关。
材料的吸收率与其波长、光束形状、入射角度、材料本身的吸收特性等因素都有关系。
其次是传热过程。
激光光束在材料表面产生的热能会通过传热方式向材料内部传导，使得局部区域温度升高。
传热方式包括传导、对流和辐射三种形式。
当激光能量较大时，传热速度远远大于材料的热损失速率，就会导致局部区域温度升高。
最后是相变过程。
当局部区域温度达到材料的熔点或显著高于材料的临界温度时，相变就会发生。
相变过程包括熔化、淬火和回火等，由于瞬时的高温和快速的冷却速率，可以改变材料的晶体结构、显微组织和力学性能。
激光热处理技术广泛应用于金属、陶瓷、半导体等领域。
其中，金属材料是应用最广泛的对象。
在金属材料领域，激光热处理可以实现以下几个方面的应用。
首先，激光热处理可以改善金属材料的硬度和耐磨性。
通过瞬时的高温和快速的冷却，可以使金属材料的晶粒细化，减少缺陷和夹杂物的数量，从而显著提高材料的硬度和耐磨性。
其次，激光热处理可以改善金属材料的抗腐蚀性能。
通过调控激光加工参数和选择合适的加工介质，可以在金属表面形成致密的氧化膜或硬化层，提高金属材料的抗腐蚀性能。
再次，激光热处理可以改善金属材料的疲劳性能。
通过激光热处理抑制晶界腐蚀、消除内应力和缺陷，可以提高金属材料的疲劳寿命，延缓疲劳裂纹的扩展。
此外，激光热处理还可以修复金属材料的损伤。
通过局部加热和快速冷却，可以消除材料中的应力和缺陷，使损伤区域重新呈现良好的性能。
热处理中的激光热处理技术
热处理中的激光热处理技术热处理技术是金属材料加工过程中的重要一环，而激光热处理技术则是其中的一个重要分支。
激光热处理技术采用激光束对金属表面进行点状、线状或面状的高温加热处理，以改变材料结构和性能，增强材料的耐磨、抗腐蚀、抗疲劳及强度等特性。
本文将重点探讨激光热处理技术在金属材料加工中的应用及其进展情况。
一、激光热处理技术原理激光热处理技术原理主要是利用激光束的高能量浓度和短脉冲宽度，对金属材料表面进行短暂的高温处理，以改善材料性能，提高工件的耐磨性、硬度和强度等。
激光在照射金属表面时，会引起金属表面温度的瞬间升高，然后在时间尺度为纳秒到微秒级别内，温度会快速降至原来的温度。
这种非常快速的热处理过程能够使金属材料的结构和物理性能发生变化。
二、激光热处理技术在金属材料加工中的应用1. 表面熔覆激光熔覆技术是激光热处理技术中最常用的一种。
表面熔覆可以在工件表面形成一个大约数毫米深度的熔层，增强材料抗磨损、腐蚀和抗氧化能力。
与传统热处理技术相比，激光熔覆使用的热源是点状的，这样就可以限制热影响区域，并且生成的熔池也更加浅、狭窄。
因此，可以熔覆硬质合金、陶瓷等材料，以增加零件金属表面的硬度和耐磨性。
2. 相变处理相变处理通过控制激光热处理时的温度梯度分布来实现。
这种方法是通过调整材料加热的速率和冷却速率来改变材料的结构和性质。
相变处理可以增加工件表面的硬度和强度，同时降低其疲劳极限和延展性。
3. 快速凝固处理快速凝固是一种最常用于合金制造的激光热处理方法，可以通过快速固化使合金达到非常高的强度和硬度。
通常，通过射入激光束来制造固态晶体和非晶体的薄片，以达到高强度、高硬度和低热导率的效果。
4. 表面改性表面改性主要是通过改变材料的表面形态和结构来增强材料的性能。
例如，可以使用激光热处理技术在材料表面形成微米级别的凹凸和纹路，以增加其表面摩擦系数和润滑性能。
三、激光热处理技术的进展激光热处理技术已经成为金属材料加工过程中不可或缺的一环。
8.第八讲-模具表面激光强化处理
第八节模具表面激光强化处理激光表面强化处理工艺主要包括有表面淬火、熔凝、合金化、涂覆等技术。
在模具表面强化中，激光表面淬火应用最为普遍。
激光表面淬火其表面形成了一层硬度极高的特殊淬火组织。
其硬度高，耐磨性可提高，淬硬层深度可达0.1～3.5mm，大大延长了模具的使用寿命；适合于形状复杂、精加工后不易采用其他方法强化的模具处理。
而激光表面熔凝基本原理是利用激光束对模具表面进行熔融和激冷处理，从而使所获的组织非常细小，甚至可能获得非晶态组织，因而表面强化性能更高，对低碳钢、中碳钢、低合金工具钢等处理后，其表面性能几乎可与高强度模具钢相媲美，激光强化处理模具的使用寿命如表 1。
表 1 激光强化处理模具的使用寿命模具名称模具材料原处理工艺激光处理后寿命提高倍数山字型硅钢片铁芯冲模Cr12 淬火+ 低温回火33%B9 硅钢片铁芯冲模Cr12 淬火+ 低温回火60%裁纸刀T10 调质50 倍，达 300 万冲次铝饭盒盖拉伸模45 火焰淬火6～9 倍一、激光表面淬火强化的定义：当具有一定功率的激光束以一定的扫描速度照射到经过黑化处理的模具工作表面时，将使模具工作表面在很短时间内由于吸收激光的能量而急剧升温。
当激光束移开时，模具工作表面由基材自身传导而迅速冷却，从而形成具有一定性能的表面强化层，其硬度可比常规淬火提高15%～20%，此外还具有淬火组织细小、耐磨性高、节能效果显着以及可改善工作条件等优点。
二、激光表面淬火强化特点：1）激光淬火层硬度达HV800～1100，具有极好的耐磨性和抗拉伤能力，寿命较火焰淬火提高5～50倍。
2）激光淬火层硬度、层深均匀，与基体有很强的结合力。
3）通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷，加热和冷却速度高：105～109℃/S。
该技术易控制处理范围，热影响区小，激光淬火处理后工件产生的残余应力及变形很小，无须作任何校正和加工处理。
激光表面处理技术讲解
激光表面处理技术激光表面处理技术是融合了现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多学科技术的高新技术，包括激光表面改性技术、激光表面修复技术、激光熔覆技术、激光产品化技术等，能使低等级材料实现高性能表层改性，达到零件低成本与工作表面高性能的最佳组合，为解决整体强化和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来了可能性，对重要构件材质与性能的选择匹配、设计、制造产生重要的有利影响，甚至可能导致设计和制造工艺的某些根激光表面处理技术是融合了现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多学科技术的高新技术，包括激光表面改性技术、激光表面修复技术、激光熔覆技术、激光产品化技术等，能使低等级材料实现高性能表层改性，达到零件低成本与工作表面高性能的最佳组合，为解决整体强化和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来了可能性，对重要构件材质与性能的选择匹配、设计、制造产生重要的有利影响，甚至可能导致设计和制造工艺的某些根本性变革。
• 在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介稳相和金属间化合物的高质量表面强化层，大幅度提高表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗疲劳的能力以及制备特殊的功能表层。
• 强化层与零件本体形成最佳冶金结合，解决许多传统表面强化技术难以解决的技术关键。
• 依靠零件本体热传导实现急冷，无需冷却介质，而实现相变硬化和熔凝硬化。
•与各种传统热处理技术相比具有最小的变形，可以用处理工艺来控制变形量。
•可进行灵活的局部强化，根据需要，可处理零件的特定部位以及其它方法难以处理的部位。
• 一般无需真空条件，即使在进行特殊的合金化处理时，也只需吹保护性气体即可有效防止氧化及元素烧损。
• 配有计算机控制的多维运动工作台的现代大功率激光器，特别适用于生产率很高的机械化、自动化生产。
•生产效率高、加工质量稳定可靠、成本低，经济效益和社会效益好。
激光表面处理应用实例：轴毂激光表面淬火大型齿轮激光强化处理轧辊轴颈激光修复孔型轧辊激光处理轧辊激光表面淬火滚道辊激光表面淬火滑动导轨激光表面淬火烧结机滑板激光表面淬火大型浸没辊激光表面淬火齿圈周向螺旋扫描激光淬火齿圈激光淬火齿轮轴激光表面淬火齿轮箱激光修复齿轮激光强化缸套含油槽加工缸体缸套表面淬火。
激光表面强化技术应用
激光表面强化技术激光是一种相位一致、波长一定、方向性极强的电磁波，激光束由一系列反射镜和透镜来控制，可以聚焦成直径很小的光(直径只有0．1mm)，从而可以获得极高的功率密度(104~10W／cm2)。
激光与金属之间的互相作用按激光强度和辐射时间分为几个阶段：吸收光束、能量传递、金属组织的改变和激光作用的冷却等。
它对材料表面可产生加热、熔化和冲击作用。
随着大功率激光器以及激光束调制、瞄准等技术的发展，激光技术进入到金属材料表面热处理和表面合金化技术领域，并在近几年得到迅速发展。
一、激光表面强化技术常用的激光表面强化技术主要有三种：激光表面淬火、激光熔凝淬火、激光熔覆与合金化。
激光表面淬火是激光表面处理中最成熟、应用最广泛的一种技术。
将激光照射到具有固态相变的铁碳合金工件表面上，使表面温度迅速升到材料相变温度；当激光移开后，表层被处于常温的内层材料迅速冷却而自行淬火，从而使表层组织结构和性能发生明显变化。
激光淬火处理后的工件表面硬度高，通常比常规淬火硬度高5％～20％．可获得极细的硬化层组织。
淬硬层一般在0.1～1.2mm。
可以对形状复杂的零件和不能用其它常规方法处理的零件进行局部硬化处理．如具有沟槽的零件。
由于激光加热速度快，因而热影响区小．淬火应力及变形小。
一般认为激光淬火处理几乎不产生变形，但厚度小于5mm的零件其变形仍不可忽视。
激光熔凝淬火是以高功率密度的激光，在极短的时间内与金属相互作用，使金属表面局部区域在瞬间被加热到熔化状态。
随后，借助冷态金属基体的吸热和传导作用，使得已熔化的表层金属快速凝固，产生细小的铸态组织。
由于激光熔凝淬火允许金属表面熔化，实际操作时可以使用比激光淬火更加高的功率密度和更加慢的扫描速度，因此激光熔凝淬硬层深度比前者更深，一般在1.5～2.5mm。
激光熔凝淬火的不足之处在于，激光加工后的表面粗糙度有所降低，其降低的幅度取决于激光加工的工艺参数，而激光表面淬火可以基本保持工件表面粗糙度不变。
激光热处理技术的工业应用
激光热处理技术的工业应用
激光热处理技术是一种通过激光辐射将材料表面加热，达到改善材料性质的技术。
它在工业应用中有以下几个方面的应用：
1.加工材料表面：激光热处理可以改变材料表面的化学组分、晶体结构以及表面形貌等，在提高表面硬度、耐磨性、腐蚀性等方面具有较好的效果，常用于加工高速钢、硬质合金等。
2.提高材料的强度和耐久性：激光热处理可以提高材料的强度和耐久性，通过改变材料表面的组织结构，使其在受力时能够更好地抵抗变形和破坏，提高其使用寿命。
3.制备薄膜材料：激光热处理技术在制备薄膜材料中具有独特的应用，可以将单一复合膜和多层膜进行加工和沉积，得到具有较高质量和应用性能的膜材料。
4.制造新材料：激光热处理技术也可以应用于制造新材料，例如通过将两种材料混合，再进行激光加热处理，可以实现材料的化学反应，实现新材料的制备。
总体来说，激光热处理技术在工业应用中具有广泛的应用前景，在提高材料性能、制造新材料等方面具有重要的作用。
激光表面热处理技术要求
激光表面热处理技术要求1. 引言激光表面热处理技术是一种利用激光束对材料表面进行加热和处理的先进工艺。
通过控制激光的功率、聚焦方式和扫描速度等参数，可以实现对材料表面的快速加热和冷却，从而改变材料的组织结构和性能。
本文将详细介绍激光表面热处理技术的要求和应用。
2. 激光表面热处理技术的要求2.1 加热温度控制要求激光表面热处理技术需要精确控制加热温度，以确保所需的材料组织结构和性能得到有效改善。
加热温度过高可能导致材料融化或发生过烧现象，而加热温度过低则无法达到预期效果。
因此，对于不同材料和应用场景，需要确定合适的加热温度范围，并通过实验和模拟等手段来验证。
2.2 加热速率控制要求激光表面热处理技术需要快速加热和冷却材料表面，以实现对材料组织结构的精确控制。
加热速率过慢可能导致材料发生过烧或晶粒长大，而加热速率过快则可能导致材料变形或开裂。
因此，需要通过优化激光功率、扫描速度和聚焦方式等参数，来实现合适的加热速率。
2.3 材料选择和预处理要求不同的材料对激光表面热处理技术有不同的要求。
例如，金属材料需要具有良好的导热性和可溶性，以便在激光加热过程中快速传递和吸收能量。
而非金属材料则需要具有较高的吸收率和较低的反射率，以提高能量转化效率。
此外，在进行激光表面热处理之前，还需要对材料进行适当的预处理，例如清洗、抛光、喷涂等。
2.4 加工参数控制要求激光表面热处理技术的加工参数包括激光功率、扫描速度、聚焦方式、激光束直径等。
这些参数的选择和控制将直接影响到加热温度和加热速率的控制效果。
因此，需要通过实验和模拟等手段，确定合适的加工参数范围，并在实际应用中进行验证。
2.5 表面质量要求激光表面热处理技术可能会对材料表面造成一定程度的熔化、氧化或残留应力等影响。
因此，需要对加工后的材料表面进行质量检测和评估。
常用的表面质量检测方法包括金相显微镜观察、扫描电子显微镜观察、硬度测试等。
3. 激光表面热处理技术的应用3.1 金属材料改性激光表面热处理技术可以通过控制材料表面组织结构和相变行为，来改善金属材料的力学性能、耐腐蚀性能和耐磨性能等。
激光热处理技术在金属材料中的应用研究
激光热处理技术在金属材料中的应用研究引言：金属材料作为一种常见的材料，广泛应用于工业生产和科学研究领域，其性能对各个行业的发展起着重要作用。
然而，传统热处理技术在一些特殊情况下无法满足要求，这就需要采用一些新的技术来改善材料性能。
激光热处理技术作为一种新兴的表面改性技术，在金属材料的处理中显示出了巨大的潜力。
本文将探讨激光热处理技术在金属材料中的应用，并讨论其对材料性能的影响。
1. 激光热处理技术简介激光热处理技术是一种利用高能激光对金属材料进行非接触式的加热处理的技术。
通过调整激光的能量密度和照射时间，可以实现对金属材料表面的快速升温和冷却。
激光热处理技术具有局部性好、加热速度快、变形小等优点，因此被广泛应用于金属材料的表面改性和性能提升。
2. 激光热处理技术在金属材料强化中的应用激光热处理技术可以通过改变金属材料的微观结构，在不改变整体成分的情况下提高材料的硬度和强度。
例如，通过激光表面熔化和淬火处理，可以在金属材料表面形成一层致密的晶须组织，从而改善材料的耐磨性和抗腐蚀性能。
此外，利用激光热处理技术还可以实现金属材料的局部强化，例如通过激光熔化和再结晶处理，在焊接接头附近提高材料的强度和耐疲劳性能。
3. 激光表面合金化技术的研究进展激光表面合金化技术是激光热处理技术的一种重要应用，它通过激光照射时的快速加热和冷却过程，将预先喷涂的合金粉末与金属基体表面进行熔化和混合，形成一层合金化的表面层。
这种技术可以改善金属材料的耐磨性、耐腐蚀性和高温氧化抗性等性能。
研究人员通过探究不同的合金粉末成分、加热和冷却速度等参数对合金化层性能的影响，逐步优化激光表面合金化技术，使之成为金属材料表面处理的有效手段。
4. 激光热处理技术在3D打印金属材料中的应用随着3D打印技术的快速发展，激光热处理技术在3D打印金属材料中的应用也得到了广泛关注。
通过激光热处理技术，可以消除3D打印金属材料中的缺陷和残余应力，提高材料的密实性和力学性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光表面强化与热处理技术及其应用
激光表面强化与热处理技术是近20年来发展起来的一种新型材料表面处理技术。
激光表面强化技术的原理是利用激光穿透能力极强的特点，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化。
激光表面强化与热处理可以分为3类：一是激光照射时金属不熔化，只是组织发生变化，这类工艺主要为激光相变硬化(激光淬火)；二是激光照射时金属熔化，冷却后组织发生变化或加入其他元素改
激光表面强化与热处理技术是近20年来发展起来的一种新型材料表面处理技术。
激光表面强化技术的原理是利用激光穿透能力极强的特点，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化。
激光表面强化与热处理可以分为3类：一是激光照射时金属不熔化，只是组织发生变化，这类工艺主要为激光相变硬化(激光淬火)；二是激光照射时金属熔化，冷却后组织发生变化或加入其他元素改善表面性质，包括激光熔凝、激光合金化、激光非晶化和微晶化等；三是激光照射时金属表面发生汽化，从而发生组织变化，这类工艺主要为激光冲击硬化。
上述各种激光热处理工艺共同的理论基础是激光与物质的相互作用规律及其金属学行为。
激光热处理是传统热处理技术的发展和补充，它可以解决其它表面处理方法无法解决或不好解决的材料强化问题。
经过激光处理后，铸层表层强度可达HRC60以上，中碳、高碳钢以及合金钢的表层硬度可达HRC70以上，从而提高其抗磨损、抗疲劳、耐腐蚀和防氧化等性能，延长其使用寿命。
激光热处理在汽车行业应用极为广泛，在许多车关键件上(如缸体．缸套、曲轴、凸轮轴、排气阀、阀座或活塞环等)几乎都可以采HJ激光热处理。
同样，农用机车也应该广泛使用。
在农业生产中，机器的工作条件是多种多样的，有些机器(犁、中耕机、播种机和收割机)直接在磨料介质中工作，使许多零件磨损很快。
另一方面，为了获得足够的强度，机器的材料用量较大，不仅浪费材料，而且显得笨重。
对于此类零件，激光硬化处理后的硬度比常规淬火硬度高5%一20%，激光合金化可以根据要求选择加入新材料，形成以基材为基础的新合金层，以获得满意的性能。
此外，由于处理后性能的提高，可以选用低性能的基材，从而减少了基材的质量。