摘要：由於優秀雷射裝置的存在,雷射熱處理為金屬非金屬表面的強化提供了一種新的技術。雷射處理後的金屬模具有高耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、抗沖刷、抗疲勞等效能。
目前的雷射淬火技術在汽車覆蓋件模具製造中主要適用於模具表面凹凸圓角、稜線等部位，目前國內汽車行業生產的大部分模具表面都需要一定的淬火，使用雷射淬火工藝進行工件表面熱處理，可節約大量的加工修磨成本和生產週期，應用潛力較大。
關鍵字雷射熱處理表面強化汽車模具雷射淬火
1、雷射熱處理的內涵及發展
雷射表面熱處理技術是利用雷射的高能量密度、高方向性、高單色性、高相干性等特性，結合數控技術，將雷射聚焦到工件表面並快速移動，實現工件表面改性的一項系統工程。雷射的穿透能力極強, 當把金屬材料表面快速加熱到僅低於材料熔點的臨界轉變溫度時, 其表面奧氏體了化非常迅速, 然後完成急速自冷淬火, 使金屬表面迅速被雷射相變硬化。實際成產中,雷射熱處理工藝就是利用高功率密度的雷射束對金屬材料表面進行雷射處理, 達到對材料實現相變硬化、表面合金化等表面改性處理技術, 產生用其它表面淬火達不到的零件表面的成分、組織、效能。
雷射熱處理具有高速加熱, 高速冷卻的特點。雷射熱處理零件表面組織細密、硬度高、耐磨性好。由於高速冷卻, 雷射淬火部位可獲得的殘餘壓應力, 提高了零件疲勞效能；雷射淬火時可以進行區域性選擇性淬火。
通過控制對多光斑的尺寸, 更適合其它熱處理方法無法完成的區域性區域卒火硬化。
我國雷射熱處理的研究、開發和應用，自70年代由鐵科院金化所和中科院長春光機所等單位率先開展以來，已有很長的歷史。迄今，我國開展雷射熱處理的單位已遍及各省、自治區、直轄市。在國家「六五」、「七五」、「八五」、「九五」攻關和「863」計畫，國家自然科學**和各地的科技發展**的支援和引導下，取得了大量有價值的研究成果，並有若干突破性進展，取得了一定規模的工業應用。
在我國，雷射熱處理領域的產、學、研相結合的格局已經初步形成。可以預期，經過堅持不懈的努力，將有更多的突破，市場的開拓也必定會有更大的進展。對於其早期應用，美國通用汽車公司於20世紀70年代初率先將該項技術用於工業生產,取得了良好的經濟效益。
儘管目前雷射表面淬火技術的應用還不及傳統熱處理技術那樣廣泛和成熟,但由於其具有的獨特優越性,正日益受到人們的重視,已經在機械製造、交通運輸、石油、礦山、紡織、冶金、航空航天等許多領域得到應用。
2、雷射熱處理技術的特點
雷射表面工程是當前材料工程學科的重要方向之一，被譽為光加工時代的乙個標誌性技術，各國(尤其是發達國家)均予以重點發展。其高效率、高效益、高增長及低消耗、無汙染的特點，符合材料加工的發展需要。經過多年研究和實際應用，雷射表面工程的技術特點可歸納如下:
（1）、雷射束的功率密度可達到103w/cm2以上，甚至可超過109w/cm2，由此可以對材料的表面實現包括無化學成分變化的相變硬化、微晶化、非晶化、衝擊硬化以及有化學成分變化的鍍復、合金化等表面改性工程。只要採用合適的雷射束與材料的藕合技術，就能在快速或超快速作用週期之下產生其他表面工程技術無法實現或難以實現的材料表面的組織與效能，當然也必定包括高的生產效率。
（2）、雷射束的可控性好，只要採用光學的束操作技術適當地引導雷射束至工件的不同部位，就可以實現精確的可選擇的材料區域性表面改性。
（3）、易與其他表面處理技術復合。雷射表面工程可以方便地與其他表面工程技術結合起來，產生所謂第二代表面工程技術—復合表面工程技術。可以綜合傳統表面工程技術與雷射表面工程的優勢，彌補甚至消除各自的侷限性，展示了很大的潛力。
（4）、可以引入近代計算機、機械人等高技術裝備，使雷射束的產生及操縱資訊化、智慧型化。
（5）、產生雷射束的裝置無論品種還是效率都有很大的發展潛力。
3、在汽車模具製造中的應用
雷射熱處理在汽車模具生產的應用中，汽車覆蓋件模具表面的熱處理是汽車模具製造中的關鍵工序和重要技術,直接關係到模具的工作質量和使用壽命,同時也很大程度上制約了模具製造成本和週期的改善。目前,國內汽車模具表面熱處理仍以火焰淬火、感應淬火或整體淬火為主,存在淬火後模具表面變形量大、表面質量差、工藝質量不穩定等問題,加大了淬火後工件處理難度,需要大量的數控加工和鉗工修磨,從而大大提高了加工成本,降低了模具質量。雷射熱處理具有區域性淬火精確均勻,淬火後材料變形量小,以及表面質量變化小等優點,已經在材料熱處理上得到廣泛的推廣,但由於汽車模具結構複雜,曲面較多,淬火軌跡多變,目前國內雷射淬火過程中的手動採點記錄後進行簡單程式設計的方式(即示教模式)不適用汽車模具生產對效率的極大要求,制約了雷射熱處理在汽車覆蓋件模具製造中的推廣應用,無論從裝置的完善,軟體的配套,還是淬火工藝的合理方面,與預期的使用效果相比都存在一定距離。
據某部門對國內十多家汽車企業進行了汽車拉延模雷射強化處理服務，均取得了十分顯著的效果。例如，在對北汽福田歐曼重卡保險槓拉延模進行雷射表面處理後，其筋條表面硬度可達hrc55～58，表面壽命也從原來火焰淬火時的20～30件提公升至2000件以上。另外，寶馬新五系側圍外板、門內板及壓邊圈、後門頂等模具使用最初表面硬度較低，經雷射處理後硬度由hrc20左右提高到hrc55以上。
華晨寶馬也已正常使用一年以上，拉延件表面質量良好。 經濟性分析、應用價值及市場前景汽車拉延模雷射表面強化的經濟性及應用價值主要體現在以下方面：
（1）顯著提高修模一次後拉延件的數量，減少修模時間，提高拉伸效率和產量。
（2）顯著提高模具壽命，降低模具消耗。
（3）顯著提高拉延件表面質量。
（4）顯著降低修模工人勞動強度及修模費用。
目前賓士、一汽轎車、華晨寶馬、華晨金盃、北汽福田和上汽通用五菱等十多家汽車企業進行了汽車拉延模雷射強化處理，均取得了十分顯著的效果。例如，北汽福田歐曼重卡保險槓拉延模進行雷射表面處理後，其筋條表面硬度可達hrc55～58，表面壽命也從原來火焰淬火時的20～30件提公升至2000件以上。另外，寶馬新五系側圍外板、門內板及壓邊圈、後門頂等模具經雷射處理後硬度由hrc20左右提高到hrc55以上。
華晨寶馬也已正常使用一年以上，拉延件表面質量良好。
4、雷射強化處理對汽車模具效能及壽命的影響
雷射表面強化處理是用雷射對模具表面進行的熱處理的一種方式，目前雷射對模具處理大體主要可以分為兩大類：雷射硬化處理與雷射熔覆處理。
4.1模具表面雷射硬化處理(雷射淬火)
雷射淬火是利用雷射將材料表面加熱到相變點以上，隨著材料自身冷卻，奧氏體轉變為馬氏體，從而使材料表面硬化的淬火技術。雷射熔凝淬火技術是利用雷射束將基材表面加熱到熔化溫度以上,由於基材內部導熱冷卻而使熔化層表面快速冷卻並凝固結晶的工藝過程。獲得的熔凝淬火組織非常緻密，沿深度方向的組織依次為熔化-凝固層、相變硬化層、熱影響區和基材。
雷射熔凝層比雷射淬火層的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。
雷射淬火現已成功地應用到冶金行業、機械行業、石油化工行業中易損件的表面強化，特別是在提高軋輥、導衛、齒輪、剪刃等易損件的使用壽命方面，效果顯著，取得了很大的經濟效益與社會效益。近年來在模具、齒輪等零部件表面強化方面也得到越來越廣泛的應用。
模具經雷射硬化處理後的特點：
（1）熱處理後不變形，基本不破壞模具或零件的表面。
（2）適用於各種中碳鋼、高碳鋼、合金鋼、工具鋼、模具鋼和鑄鐵材料。
（3）雷射強化處理可獲得0.2～1.5mm甚至更厚的熔凝硬層，其硬層最主要具有高耐磨性等。
（4）雷射強化處理後模具基體不變形，內應力的產生幾乎為零。
4.2模具表面雷射熔覆處理
，並快速凝固後形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面塗層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定效能的要求，又節約了大量的貴重元素。在模具製造中雷射熔覆處理是運用聚集雷射光束快速加熱金屬表面，使用噴塗（或事先預製）在金屬表面的特殊合金粉末以及金屬基體表層同時熔化，而形成合金覆蓋的工藝過程。與堆焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比，雷射熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此雷射熔覆技術應用前景十分廣闊。
雷射熔覆處理的特點是：
（1）可對零件的磨損面或者尺寸超差的工件進行雷射熔覆，恢復零件尺寸。
（2）可以熔覆特殊不鏽鋼合金層、高速鋼合金層、耐熱合金層等，因此能夠賦予基體材料各種所需要的特殊效能，如：耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、抗沖刷、抗疲勞等效能。
（3）雷射熔覆層與基體是冶金結合，有較好的結合強度，在過載的使用條件下不剝離。
（4）雷射熔覆層組織細密，無冶金缺陷，無氣孔和夾渣，有好的強韌性。
（5）雷射熔覆處理適用於各種碳鋼、合金鋼、鑄鐵材料製造的零件，也可以用於鋁合金工件表面的強化和修復。
（6）經過雷射熔覆處理的工件基本不變形，內應力幾乎為零。
模具雷射熔覆處理前報廢率極高，這給生產部門帶來了極大的損失。模具熔覆處理後可達到較高的耐磨效能，大大提高了產品質量，模具表面光滑無氣孔或砂眼產生，生產比較正常，從而使工件的效能得到顯著的提高。
綜上，金屬材料表面經過雷射熱處理後，金屬材料的綜合性能會大大的提高，在一定程度上會延長金屬材料的使用壽命，提高金屬材料的使用效能。
5、總結
總之，雷射熱處理技術應用十分廣泛，非常具有開發和發展的遠景，高功率的雷射器、各類配套裝置及雷射加工工藝必將為我國****的發展做出巨大的貢獻。
雷射表面處理利用的資源為光能和電能及少量的水、氣，基本無排放，給節能減排帶來明顯效果。同時，雷射表面處理的再製造功能更充分體現了節能減排的重要作用，屬於一種綠色製造技術，符合國家政策導向，能獲得**支援。雷射熱處理目前是工業上的一項新技術，在汽車行業中，目前模具也是在磨鍊階段還不是成熟，需要我們繼續努力的去開發去創新。
對模具進行雷射強化和熔覆處理，可以顯著提高基體材料的表面硬度以及耐磨、耐蝕、耐高溫等特殊效能，延長零部件和工模具的使用壽命，降低使用成本，從而產生顯著的經濟效益。
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0038 雷射熱處理原理
熱處理 是指通過加熱於金屬材料，以多種方式改變金屬材料的組織或性質的方法。儘管雷射熱處理技術在誘導表面組織的變化方面類似於現有的高頻熱處理 感應淬火，induction hardening 方法，但雷射熱處理方法有更多優點，例如，經雷射熱處理後，母材的尺寸變化幾乎為零，且因構成更緻密的組織而使表面硬...
表面熱處理技術
通過對鋼件表面的加熱 冷卻而改變表層力學效能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，以提高工件的耐磨效能和抗疲勞效能。有些在工作時經受摩擦 表面容易磨損的零件，其表面應有抗磨損能力。有些工件在反覆彎曲的作用下工作，易產生疲勞斷裂，需要有抗疲勞能...
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