激光表面强化及再制造加工技术在工业领域的应用

　　高润凯 武汉武钢华工激光大型装备有限公司

　　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。

　　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。图5-7为几种典型材料激光合金化的组织和硬度分布。

　　图5 45钢激光合金化表面形貌及硬度分布

　　激光合金化表面Ra为2-4um

　　合金层硬HV800-850，层深0.3mm，淬火层深0.5mm

　　图6 9CrSi钢激光合金化表面形貌及硬度分布

　　激光合金化表面Ra为3-4um，

　　合金层硬度HV900-950，层深0.4mm，淬火层深0.7mm

　　图7 球铁激光合金化表面形貌及硬度分布

　　激光合金化表面Ra为3-5um，

　　合金层硬度HV1100-1200，层深0.5mm，淬火层深0.6mm

　　激光合金化特点：性能提升明显、无需后续加工、成本低、变形小、速度快、便于实现自动化控制，激光合金化层的材料和性能可根据使用需要进行调整，工艺可塑性大，特别适合于钢铁行业热轧辊的需求。