降本增效是企業(yè)追求的終目標(biāo)。縱觀鋼鐵工業(yè)技術(shù)史上的許多重大技術(shù)突破，如轉(zhuǎn)爐煉鋼、連鑄、連軋等，其首要?jiǎng)訖C(jī)都是為了降低成本。冶金技術(shù)相當(dāng)成熟的今天，利用再制造技術(shù)延長(zhǎng)冶金生產(chǎn)線核心部件的使用壽命，不僅可以提高新產(chǎn)品的性能，還可以修復(fù)廢舊產(chǎn)品，延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，同時(shí)有效減少設(shè)備維護(hù)和停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)力。

　　一、激光淬火的基本原理

　　激光淬火技術(shù)是利用聚焦激光束作為熱源，對(duì)被處理工件表面進(jìn)行輻照，使被硬化零件的溫度在瞬間急劇升高，形成奧氏體，然后迅速冷卻，獲得馬氏體或其它細(xì)晶粒組織的硬化層的熱處理技術(shù)。


　　二、激光表面淬火的技術(shù)特點(diǎn)

　　1、 功率密度高，加熱速度快，零件變形小

　　熱處理工藝可控制變形，處理后的工件不需磨削，可作為零件精加工的后一道工序。

　　2、可用于形狀復(fù)雜的零配件

　　如盲孔、內(nèi)孔、小槽、薄壁件等?？梢宰龌虿糠肿?，也可以根據(jù)需要在同一部分的不同部分做不同的處理。能克服高頻淬火因感應(yīng)器的限制，難以對(duì)形狀復(fù)雜的零件進(jìn)行表面淬火，加熱面積難以控制，薄壁零件在淬火時(shí)容易開裂等問題。在滲碳、淬火等化學(xué)熱處理過程中，大型零件的加工不需要受到爐子尺寸的限制。

　　3、普遍性

　　激光的深焦點(diǎn)，在淬火過程中對(duì)零件的尺寸、尺寸和表面沒有嚴(yán)格的限制。但現(xiàn)有的中高頻淬火生產(chǎn)出適合各種零件的感應(yīng)器。

　　4、 不受限制

　　對(duì)于某些淬火溫度較高的不銹鋼零件，其淬火溫度與熔點(diǎn)溫度非常接近。用感應(yīng)器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行局部表面淬火時(shí)，容易燒角或不規(guī)則零件，造成零件報(bào)廢，然而，激光表面淬火不受此限制。

　　5、無需冷卻

　　激光淬火是一種清潔、、環(huán)保的淬火工藝，冷卻速度快，不需要水或油等冷卻介質(zhì)。

　　6.、滿足硬化要求

　　表面硬化層組織細(xì)小，硬度高，耐磨性好，能滿足表面硬化層深度較淺(一般為0.3～2.0mm)的產(chǎn)品要求。

　　三、激光淬火技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例

　　1、軋輥的激光合金化

　　軋輥是軋鋼機(jī)中產(chǎn)生金屬連續(xù)塑性變形的主要工作部件和工具。長(zhǎng)期惡劣的工作條件會(huì)導(dǎo)致表面起皮、裂紋甚至斷裂。用激光對(duì)軋輥進(jìn)行合金化處理，可有效延長(zhǎng)軋輥的使用壽命。通過棒輥激光合金化處理，不變形、耐高溫、耐腐蝕，鋼材通過能力顯著提高。

　　2、輥底式激光淬火

　　爐底輥?zhàn)鳛楦邷匕迮鱾鬏斆浇?，長(zhǎng)期在充斥腐蝕性氣體的高溫環(huán)境下工作，與高溫板坯直接接觸的輥環(huán)，表面易出現(xiàn)粘鋼、結(jié)瘤、氧化、腐蝕、磨損、高溫蠕變等現(xiàn)象，特別是由粘鋼和結(jié)瘤造成的板坯下表面凹坑、劃痕、重皮等各類質(zhì)量缺陷，在硅鋼、冷軋?jiān)系溶涗撋媳憩F(xiàn)的尤為。在輥環(huán)表面激光淬火一層耐高溫、抗氧化、耐磨損的新材料。爐底輥在使用壽命期間表面結(jié)瘤或氧化皮疏松、剝落，可能影響鋼板，鋼坯的后續(xù)軋制質(zhì)量，可有效提高生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益。激光淬火技術(shù)可對(duì)各種導(dǎo)軌、大型齒輪、軸頸、氣缸內(nèi)壁、模具、減震器、摩擦輪、滾輪、和滾輪零件等表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。適用材料為中、高碳鋼和鑄鐵等。

金屬材料激光硬化的原理是利用激光束在金屬材料表面上的吸收來提高金屬材料的硬度和強(qiáng)度。由于激光本身并不直接參與工件表面層的熱應(yīng)力應(yīng)變，因此，在激光硬化之前需對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。

　　當(dāng)采用連續(xù)激光束時(shí)，由于激光束具有很高的能量密度，故可以使工件表層很快發(fā)生熱應(yīng)力應(yīng)變并使表層硬度迅速增加。一般金屬材料表面都是經(jīng)過機(jī)械加工的，表面粗糙度很小，其反射率可達(dá)80-90%，影響金屬材料表面吸收光能的效率。為了提高激光在金屬表面的吸收效率，在激光硬化前需要進(jìn)行表面預(yù)處理。表面預(yù)處理的方法有很多種，包括表面粗糙化、噴漆法、磷化法、氧化法、涂裝法等。其中常用的是噴漆法和磷化法。


　　這兩種工藝都能達(dá)到表面預(yù)處理的目的，提高激光吸收效率。由于采用了噴涂和烘烤等加工方法，能很好地處理金屬表面的粗糙度、氧化物或腐蝕產(chǎn)物層，并且不需要對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱帶或者熱處理，直接噴涂即可。噴涂的工藝流程簡(jiǎn)單、快速，并且。其工藝流程為：把金屬工件用水洗凈后置于噴氣或等離子體中進(jìn)行加熱或保溫;然后再把表面涂料噴在金屬表面上，經(jīng)過幾分鐘干燥后即可得到致密、均勻的涂層。如果涂層太厚，可能會(huì)出現(xiàn)“燒穿”現(xiàn)象，一般涂層厚度為50-100微米為宜。

　　在噴漆法中，涂料種類繁多，新產(chǎn)品和配方也在不斷開發(fā)。在眾多的涂料中，有的配方簡(jiǎn)單，有的配方復(fù)雜，但都提高了激光淬火中的激光吸收率，大部分能達(dá)到80-98%以上，完全滿足激光淬火的要求。噴涂的應(yīng)用方法簡(jiǎn)單，易于操作。除噴涂外，可應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，也可用手工刷涂進(jìn)行零星的臨時(shí)加工和實(shí)驗(yàn)，無需增加成套設(shè)備。

　　在激光淬火的預(yù)處理方法中，磷化是許多機(jī)械零件加工的后一道工序，可以作為激光處理前的表面預(yù)處理。磷化處理分為高溫90-98度，中溫55-70度，常溫25度左右。在激光處理的過程中，由于材料不同，激光處理工藝不同，三種磷化工藝的表面預(yù)處理層(磷化膜)對(duì)激光的吸收率不同，一般認(rèn)為以高中溫磷化好!

　　而不同的表面預(yù)處理工藝對(duì)激光的吸收也不一樣，在進(jìn)行激光處理前需要了解!

　　一般認(rèn)為，表面預(yù)處理時(shí)，磷化膜厚度應(yīng)小于20微米，否則可能會(huì)出現(xiàn)“燒穿”現(xiàn)象，影響后續(xù)工序的質(zhì)量。

　　在表面預(yù)處理技術(shù)中比較成熟的是氧化法和噴涂法，但是隨著各種材料的不斷發(fā)展，新型材料層出不窮，如納米級(jí)氧化物、金屬陶瓷和金屬涂層等新材料及新工藝層出不窮。因此對(duì)氧化技術(shù)、噴涂技術(shù)提出了更高要求。因此目前國(guó)內(nèi)激光淬火設(shè)備的發(fā)展也是越來越成熟!

1、激光淬火生產(chǎn)中的主要問題

　　根據(jù)激光表面淬火技術(shù)研究中的工藝參數(shù)及其內(nèi)在聯(lián)系可以知道，在激光淬火生產(chǎn)過程中，操作者對(duì)工藝參數(shù)的控制非常嚴(yán)格，工藝穩(wěn)定性差是必然的。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是光斑的功率密度和激光的不均勻性影響淬火過程的穩(wěn)定性;光斑形狀對(duì)硬化層均勻性的影響:激光表面淬火難以大面積硬化層;工件初始狀態(tài)對(duì)激光淬火質(zhì)量的影響。

　　2、提高激光淬火產(chǎn)量的一些改進(jìn)措施

　　使用激光淬火系統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，需要對(duì)淬火過程中的各種因素進(jìn)行優(yōu)化和控制，以激光淬火過程的穩(wěn)定性。在控制激光功率、掃描速度、光斑大小等工藝因素的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可以根據(jù)產(chǎn)品淬火前的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)、熔點(diǎn)、臨界相變溫度、淬火部位形狀等，提前將影響因素輸入智能監(jiān)控工藝系統(tǒng)。在淬火過程中，操作者根據(jù)智能系統(tǒng)控制中心顯示的各種參數(shù)變化信息，實(shí)時(shí)控制激光器、光學(xué)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的運(yùn)行，從而完成淬火的控制，實(shí)現(xiàn)激光表面淬火產(chǎn)品的目的。如圖3所示，傳感器1-4分別監(jiān)測(cè)激光輸出光束的功率和功率密度分布、光束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的調(diào)節(jié)狀態(tài)、工件表面激光照射區(qū)域的溫度變化和工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

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