摘 要：作者從4個方面介紹了近年來我國激光熱處理的現狀及發展：(1)激光硬化；(2)激光熔覆；(3)激光合金化；(4)工程應用。 關鍵詞：激光相變硬化；激光沖擊硬化；激光熔覆；激光合金化 1 前言 我國激光熱處理的研究、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20多年的歷史。迄今，我國開展激光熱處理的單位已遍及除西藏以外的各? ⒆災吻⒅畢絞小Ｔ詮搖傲濉薄ⅰ捌呶濉薄ⅰ鞍宋濉薄ⅰ熬盼濉憊ス睪汀?63”計劃，國家自然科學基金和各地的科技發展基金的支持和引導下，取得了大量有價值的研究成果，并有若干突破性進展，取得了一定規模的工業應用。在我國，激光熱處理領域的產、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。 2 激光硬化 2.1 激光相變硬化的強化機理和組織的研究 重慶大學[1]對GCr15鋼經激光淬火后引起高硬度(1065HV)的原因用光學金相、掃描和透射電鏡、X光衍射儀、俄歇分析儀及電子探針作了系統的試驗研究。提出GCr15鋼激光相變硬化機理為：①以馬氏體相變強化為主，馬氏體很細，尺寸為0.196μm×1.8μm，馬氏體位錯密度很高，達2.3×1012條／cm3，馬氏體的含碳量高達0.90%；②殘留奧氏體顯著強化，其位錯密度達3.6×1012條／cm3；③晶粒超細化(ASTM No．16)和碳化物細化(最表面處為0.59μm，離表面0.1mm處為0.41μm)及彌散分布。山東工業大學[2]對W18Cr4V高速鋼經激光相變硬化后的強化機理和組織性能作了研究：激光相變區的晶粒由原來的8級提高到12級，殘留奧氏體量較常規淬火有明顯減少，約10%～15%，相變區的馬氏體為針狀馬氏體和板條馬氏體的混合組織。激光快速加熱時間雖短，仍存在碳化物的不完全溶解以及碳和合金元素的不充分擴散，擴散距離約數百nm數量級，碳化物的溶解以尖角-均勻溶解機制進行。激光相變硬化層的硬度峰值為946HV，紅硬性比常規淬火高出80℃，640℃回火后硬度峰值達到1003HV，耐磨性較常規熱處理提高1～2.8倍，經640℃回火后耐磨性提高5.3～8.1倍，刀具的切削性能提高2倍以上。上海工程技術大學[3]研究了硼鑄鐵的激光熱處理，研究表明：硼鑄鐵經激光處理后，磨損值降低45.7%。激光熱處理提高硼鑄鐵耐磨性的原因是激光硬化層的高硬度及合理的硬度梯度以及局部熔化區對石墨片割裂的封閉。關于強化機理的研究還有許多精彩的報道，限于篇幅無法一一列出，但這些工作已經并將繼續為激光相變硬化的工程應用作出積極的貢獻。 2.2 激光相變硬化的溫度場及相變硬化區尺寸的計算 為了實現激光相變硬化工藝的計算機控制，早日達到實際應用，正努力解決兩個問題：①快速計算；②減少計算與實際間的誤差。昆明理工大學[4]對穩態溫度場的計算公式進行快速傅里葉(Fourier)變換，可以迅速對溫度場求解，在求解過程中已不必進行關于時間的積分運算，使計算速度顯著增加，與同精度的有限元或有限差分等純數值計算相比，計算速度快兩個數量級以上。實際證實，計算與試驗結果之間的相對誤差在10%左右。對瞬態溫度場計算公式，利用快速Fourier變換[5]，即FFT技術，可使溫度場的求解速度大大加快，效果與穩態溫度場時相同。此方法適于任意給定的激光功率密度分布。如果能有效監測實際光束的功率密度分布，并能迅速計算激光與物質的相互熱作用，對于保證激光熱處理的質量有重要意義。上海海運學院[6]采用非穩態瞬時熱源解法，導出了描述激光淬火對零件內部熱循環過程及快速估算硬化層深度的近似公式，簡便實用，誤差較? ? 我們知道，在激光作用下材料吸收激光能量的過程和隨后往內部傳遞熱能的過程應該遵守熱力學的基本定律，但它明顯地有著自身的特殊性，如熱過程速度極快、溫度梯度大、激光束斑的功率密度分布不均勻而且隨時間還會發生變化；激光作用又有連續和脈沖兩種方式，在激光作用過程中材料對激光的吸收率以及一些熱力學參數隨溫度變化而變化等。當然不可忽視的是：在激光作用下不同材料本身的組織、結構、成分及其在熱作用過程中的變化規律差別很大。因此，激光與材料相互作用過程是一個非常復雜的問題。許多計算方法及其得出的公式都是在限定條件的情況下提出的，若所作的假設與實際情況相差甚遠，則基本上對實際熱處理工藝的制定沒有直接的指導作用。近期的一些研究在這方面已作了很大的努力，試圖接近實際，但看來要實現激光相變硬化的計算機控制還有一段距離。 2.3 激光淬火用光熱轉換材料的研究 一般來說，需激光硬化的金屬材料表面都經過機械加工，表面粗糙度很小，對激光的反射率可達80%～90%，因此通常采用對激光有較高吸收能力的涂料進行預處理。在這方面長春光機所、清華大學等單位做了許多探索。近年來上海工程技術大學[7]以光熱轉換材料(簡稱吸收涂層)的光譜發射率及激光相變硬化區面積為依據，研制成以金屬氧化物為主的混合氧化物的新型光熱轉換材料。該材料對CO2激光的吸收率達90%以上，具有工藝性能良好、干燥快、無刺激性氣味和激光處理過程中無反噴等優點，有較好推廣應用價值。華中理工大學[8]比較了國內有些單位采用的兩種光熱轉換材料——磷化膜與SiO2膠體涂料，得到以下結果：①SiO2膠體涂料的光熱轉換效率優于磷化膜的；②由于基體與磷化液之間的化學反應造成表面粗糙度增大，且磷與鐵之間形成低熔點脆性共晶相，引起硬化層出現晶間微裂紋。所以SiO2膠體的淬硬層質量優于磷化膜；③SiO2涂層的工藝過程簡單，無環境污染，靈活性強。 從目前來看，激光相變硬化的工業應用離不開采用適宜的光熱轉換材料。如何保證大批量工業應用過程中涂覆光熱轉換材料的穩定性、均勻性及可檢測性并進一步降低生產成本，還需做進一步工作。 2.4 激光加常規復合處理 激光熱處理是一項新技術，有非常明顯的特點，也有一定的適用范圍，將激光熱處理與適當的常規熱處理技術巧妙地結合起來，優勢互補，顯然是非常好的思路。 北京航空航天大學[9]對球墨鑄鐵材料先用激光表面重熔處理，然后在750℃石墨化退火，使快速凝固共晶滲碳體亞穩相部分地轉變為石墨，成功地制得了既含硬質耐磨快速凝固共晶滲碳體，又含彌散石墨的新型鐵基多相耐磨材料。通過改變退火時間來調節滲碳體和石墨的相對量。由于滲碳體的較佳耐磨性加上石墨的自潤滑，是較理想的摩擦學材料。長春光機學院[10]對18Cr2Ni4WA鋼先行滲碳處理，使碳呈梯度分布，然后激光相變處理。在復合處理作用下，硬化層分成3個區：第一區為表層完全淬硬區，其最表面為針狀馬氏體＋滲碳體＋殘留奧氏體，次表面為針狀馬氏體＋板條馬氏體＋殘留奧氏體；第二區為過渡層，由馬氏體＋回火析出碳化物組成；第三區為高溫回火區，由回火索氏體組成。 隨著經濟發展，對機械零部件的性能要求將是多種多樣的，采用一種熱處理工藝往往難以解決問題。因此復合熱處理技術的市場需求會有一定程度的增長。 2.5 激光沖擊硬化 激光沖擊處理(LSP)主要是利用強激光與材料表面相互作用產生的力學效應——強應力波來改善材料性能。此技術能有效地強化鋼、鋁、鈦、鎳等金屬材料，特別是2024T3鋁合金經激光沖擊強化后，疲勞壽命提高4倍。近年來，我國從3個方面開展對激光沖擊處理的研究：①激光沖擊處理對金屬性能的影響及工程應用；②激光沖擊強化的微觀機理；③激光沖擊處理的強化效果的無損檢測。 江蘇理工大學及南京大學[11]對2024T62鋁合金進行激光沖擊處理，激光沖擊區的硬度提高42%，在95%置信度下，LSP試件的中值疲勞壽命是未激光沖擊試樣的5.4～14.5倍。江蘇理工大學[12]也對常用的45鋼進行激光沖擊處理，LSP區硬度提高32%，LSP試件的中值疲勞壽命是未沖擊試件的1.11～2.133倍(置信度95%)。由于激光沖擊的應力波持續時間極短(微秒)，特別是指有效地處理成品零件上具有應力集中的局部區域，例如提高成品零件上拐角、孔、槽等局部區域的疲勞壽命，所以LSP技術的工程應用前景較好。華中理工大學[13]的研究工作表明，激光沖擊處理大幅度提高LY12-CZ鋁合金的疲勞壽命的微觀機理是激光沖擊后的位錯密度提高21倍以及在材料表面產生49.43MPa的殘余壓應力。在激光沖擊處理的退火態T8鋼中[14]看到了由于激光沖擊誘發相變而產生的馬氏體組織，解釋了硬度提高2倍的原因。再按照壓電轉化原理，計算出[15]激光沖擊在LY12-CZ鋁合金中形成的瞬態沖擊波的量值為MPa級，并且激光沖擊波是由一系列不同頻率的波疊加的結果，其中高頻波所占比例較大。南京大學[16]提出用表面粗糙度和微凹坑兩個表面質量指標并分成4個等級，作為在實際生產應用中判別和控制激光沖擊強化效果的無損檢測手段。 由上所述，我國已在激光沖擊硬化的應用基礎方面做了大量的研究，得到了比較明確的研究結果，現在問題的關鍵是要盡快推出具有合適性能價格比的LSP工業應用裝備。 3 激光熔凝 3.1 激光快速熔凝條件下凝固規律的研究 許多研究表明，激光快速熔凝條件下，材料的凝固具有高溫度梯度和高凝固速率的特點，傳統的凝固理論不能完整地、確切地揭示此時材料凝固的規律。近年來國內外許多研究者做了大量工作。其中西北工業大學凝固技術國家重點實驗室系統地開展了激光快速熔凝條件下的基礎研究。在激光快速凝固微觀組織形成原理[17]一文中介紹了激光快速凝固微觀組織的界面溫度選擇原理，以及單相平面前沿、單相枝晶和平面共晶生長3種典型的界面響應函數及其在預言單相合金、共晶合金和包晶合金激光快速凝固微觀組織中的應用。 3.2 不同基底材料上的激光熔覆 激光熔覆的基底材料大多采用廉價的普通碳鋼和鑄鐵。近年來清華大學對鋁合金作為基底材料的激光熔覆做了許多工作[18]：用送粉激光熔覆法在鋁基體表面成功地獲得了均勻致密的SiO2涂層和Al2O3-TiO2涂層。SiO2涂層厚度為10～30μm，Al2O3-TiO2涂層厚度可達100μm，涂層內部致密無缺陷，涂層與鋁基體結合良好。重慶大學[19]對鈦合金基底材料上用激光束合成與涂覆生物陶瓷涂層獲得成功。中科院金屬所[20]在Ni基高溫合金基底上用NiCrBSi和NiCrAlY兩種合金粉與ZrO2的混合粉進行激光熔覆，獲得了不同結構熱障涂層。 3.3 熔覆材料及陶瓷相的研究 激光熔覆材料最常用Ni基材料，Co基與Fe基也有使用。海軍后勤學院[21]研究了在45鋼表面制備Co-TiC-WC金屬陶瓷復合層，硬度和耐磨性高。華中理工大學[22]在Q235(A3)鋼表面制備Fe-WC金屬陶瓷復合層，并研制了一種適用于激光熔覆的Cu基合金和SiCp的復合粉[23]。一方面兼顧Cu基合金的優良性能；另一方面，通過加入SiCp，改善組織，提高覆層的硬度和耐磨性。清華大學[24]提出：采用熱噴涂合金粉末作為激光熔覆材料容易帶來氣孔和裂紋問題，研究了Fe-C-Si-B合金粉，可獲得按介穩系結晶的組織，其細化程度比C-Si-B激光合金化有很大提高，添加少量CaF2可顯著改善熔覆材料的工藝性能。在激光熔覆材料中添加稀土是許多研究者所關注的，中科院金屬所[25]通過激光快速熔凝處理鋼表面含稀土的涂層，研究了稀土在鋼表層的加入量和對鋼表層性能的影響。結果表明：激光熔凝處理含稀土的涂層可使較多的稀土加入鋼表層，C-N-B-Ti＋RESiFe涂層激光處理后其表面稀土含量為0.35%，Ni-Cr-B-Si＋RESiFe涂層激光處理后其表面稀土含量為5.5%。加入表層的稀土在改性層中沿深度分布較為均勻，不存在明顯的濃度梯度，表層組織均勻。稀土硅鐵的加入使鋼表層的耐磨性、抗氧化性等都有較明顯的提高。 激光熔覆的陶瓷相以采用碳化物的工作較多，如TiC[26]和WC[27]等。有的研究工作采用氧化物，如Al2O3、TiO2和SiO2[18]等。中科院金屬腐蝕所研究了硼化物作為陶瓷相[28]。 3.4 激光熔覆工藝的研究 激光熔覆工藝可以分成兩類：一類是激光處理前供給添加材料；另一類是激光處理過程中供給添加材料。第一類主要用粉末預置法，可以用粘結、火焰噴涂和等離子噴涂等；第二類是自動送粉法。天津紡織工學院研制成功大面積自動涂覆系統[29]，適用激光功率1～10kW，可用于寬帶涂覆，也可直接用于聚焦窄帶涂覆。單道一次涂覆寬10～35mm(可調)，單道一次涂覆厚度0.2～8mm(可控)，送粉量0.5～200g／min(可調)，送粉精度＜2%。 3.5 激光熔凝形成非晶態 天津理工學院對Fe-B合金激光熔凝形成非晶態的機理進行探討[30]，提出了一個簡化的熔池中溫度分布的物理模型，分析了非晶態形成過程，經試驗得到了130μm～200μm厚度的非晶層。由于金屬非晶的獨特性能，用激光熔凝技術在金屬零部件的局部表面制備一層非晶顯然極具吸引力，許多單位正在努力研究和開發。 3.6 激光熔覆層的性能及其應用 (1) 耐磨 目前開展的大量激光熔覆工作，主要是在零部件的局部表面制備高耐磨的熔覆層[18，21～23，26，27]。 (2) 耐腐蝕 南京航空航天大學[31]在Q235鋼表面激光熔覆C-N-B-Ti加稀土硅鐵以及Ni-Cr-B-Si加稀土硅鐵。結果表明：鋼表層中的過飽和稀土除和氧、硫作用外，還可固溶于晶內、晶界或其附近，甚至能形成金屬間化合物RE2Fe17；經過稀土和激光熔凝處理的表面具有較高的耐腐蝕性能。中南工學院[32]在耐酸不銹鋼基體上激光熔覆Co基合金，得到的熔層與等離子焊層對比，激光熔層缺陷率低，成品率高。其組織細密均勻，晶粒細小，成分稀釋率更小，對基體熱影響小，熔層硬度與強韌性提高。性能試驗表明，激光熔層具有更高的耐腐蝕性能。在石油化工閥門密封面奧氏體基體上激光熔覆Ni基合金[33]，能獲得厚度達3.0mm和表面較平整光滑的合金層，可用于加工或修復，在組織和性能上均明顯優于等離子噴焊工藝。 (3) 制備功能梯度材料 由于覆層和基體之間的性能差別很大，使用中往往容易界面失效。為此研制可以消除界面的功能梯度材料，使覆層的組成和性能沿厚度方向連續梯度變化。在探索激光熔覆陶瓷／金屬梯度覆層時，最初采用疊層熔覆法，逐層改變混合粉中陶瓷顆粒的含量和粒度，經多層熔覆后，陶瓷顆粒在覆層中的分布規律呈臺階變化。此法沿用覆層和基體之間引入過渡層的思路，陶瓷顆粒在每一層中保持均勻分布，層與層之間的組織變化不連續，仍有界面問題。北京工業大學[34]采用激光一步涂覆法，利用激光熔池的流動和凝固行為，依靠TiC顆粒在熔池中不斷長大和有規律運動，在激光束一次熔凝過程中自動實現涂層的連續梯度結構，成功地在鋼基表面熔覆制備了TiCp／Ni自生梯度涂層。熔覆層的組織由TiC顆粒，γ-Ni枝狀初晶及枝晶間共晶組成。從熔覆層底部到頂部，TiC顆粒呈現連續的梯度變化，即顆粒尺寸從0.8μm增長到4.5μm；體積含量從4%增加到33%；TiC顆粒的形貌也相應地從球形細小顆粒過渡到粗大的花瓣狀粒子簇。TiC顆粒的快速長大主要來自顆粒的碰撞和粘結，凝固前沿對浮升速度相對較慢的TiC小顆粒優先捕獲，是導致熔覆層梯度結構原位生成的決定因素。 (4) 制備復合生物工程材料 重慶大學[19]在完成了奧氏體不銹鋼表面同步實現激光合成與涂覆工藝制備生物陶瓷基礎上[35]，又在比強度高、耐蝕性好、醫療用途更廣的鈦合金表面成功地實現激光束一步合成和涂覆含Ca5(PO4)3*(OH)羥基磷灰石(HA)的生物陶瓷涂層。該涂層具有優良的力學性能，也改善了植入材料彈性模量與生物硬組織的匹配性。研究發現，加入微量稀土(Y2O3)不僅有利于激光化學反應生成HA相，增強其結構穩定性，而且可細化組織，提高強韌性。 3.7 激光熔覆層的殘余應力及開裂的原因與預防 采用激光熔覆技術可以獲得耐磨損、耐腐蝕的涂層，有良好的經濟效益和應用前景。但是激光熔覆層可能存在氣孔和裂紋的缺陷，這是必須加以認真研究和解決的。 重慶大學[36]研究了球墨鑄鐵激光熔覆時出現的裂紋。把裂紋按產生的位置分成3類：熔凝層裂紋、界面基體裂紋和搭接區裂紋。其中界面基體裂紋最常見。裂紋的形成受力學因素、冶金因素尤其受基體材料的缺陷所影響。通過控制激光處理工藝和調整合金成分，制備含C、B、Si量較低的復合粉末；通過預先熔凝處理，細化基材表面晶粒；通過預涂覆處理等措施來降低涂層宏觀裂紋率。華中理工大學[37]研究了激光熔覆組織和激光熔覆層熱膨脹系數對開裂敏感性的影響。 大量的研究已經表明：激光熔凝層內存在拉應力，當局部應力超過材料的強度極限時就會產生裂紋。裂紋產生的部位往往在枝晶界、氣孔、夾雜物等薄弱環節處。激光熔凝層的殘余應力可通過設法提高熔凝層材料自身的塑變能力，降低它的耐軟化溫度得以一定程度的松弛，也可通過預熱或后熱予以減小甚至消除。當然設法減少覆層材料的缺陷也是降低開裂敏感性的有效途徑。界面基體裂紋多產生于熔凝層與基體界面處、基材熔化區或熱影響區內的缺陷處，如果該區域發生比容增大的馬氏體相變則會加劇此類裂紋的生成，因此提高此區域材料的自身韌性，有效減少各種缺陷，不失為避免或減少此類開裂的有效途徑。而鑄鐵類基材的激光熔覆則往往難以避免界面基體裂紋的產生。對搭接區裂紋目前研究得不多，看來在較高的激光入射功率條件下，通過光束處理技術及適當的工件運動，完成較大面積的均勻的激光熔覆是可能的。 4 激光合金化 早期的激光合金化工作[38，39]偏重于工藝參數、組織和性能的研究。在激光合金化層中，存在表面不平整和出現裂紋及氣孔的兩個重要問題，對此許多研究者做了大量的工作，提出了解決辦法。近期我國的激光合金化工作，有兩項值得注意的進展。一項是清華大學把激光合金化技術應用到實際產品上[40，41]；另一項是北京航空航天大學采用激光合金化工藝來強化新型高溫結構材料——TiAl金屬間化合物，提高其耐磨性[42]。清華大學結合沙漠車用F8L413F八缸風冷柴油機研制陶瓷挺柱的科技攻關，在45鋼凸輪軸上成功地實現一種激光熔凝和激光合金化復合的表面強化新工藝[40]。采用自行研制的TH-2型共晶合金化涂料，在凸輪的桃尖部分進行激光合金化處理，使其硬度達到60～67HRC，合金化層深1.3～1.5mm；凸輪的其它部分進行激光快速熔凝處理，獲得硬度55HRC，硬化層深0.8～1.0mm。凸輪強化表面平整均勻，無氣孔和裂紋，實現了合理連續的組織與硬度搭配，凸輪軸處理后無需校直。發動機經500h臺階試驗和沙漠車上5個月使用考核，表明激光強化的凸輪具有優異的耐磨性和抗疲勞性能。此外還為沙漠車用柴油機研制激光合金化的活塞環[41]：活塞環基材是球墨鑄鐵，在激光加熱時，石墨氣化形成氣孔及裂紋。解決途徑是采用自制TH-2，C-Si-B-RE共晶合金化涂料。由于熔池內的金屬液形成FeCSi共晶或過共晶，具有很低的熔點和良好的流動性，有利于雜質和氣體逸出；涂料中含有的微量稀土，在Fe-C合金液中有強烈的凈化和除氣作用。同時在TH-2共晶合金化涂料中添加WC、TiC陶瓷粉末，得到的組織是高硬度的WC、TiC質點彌散分布在細? ⒕取⒅旅艿墓簿eCSiB介穩基底上。結果活塞環的合金化層平均顯微硬度達1200HV。這種活塞環和等離子噴涂陶瓷涂層缸套配對在摩擦學試驗和模擬沙漠使用環境的發動機臺架試驗中顯示出優異的耐磨性。 北京航空航天大學[42]采用激光氣體合金化工藝方案，在TiAl金屬間化合物的激光表面快速熔化過程中，強行向激光高溫熔池中引入高純氮氣，“原位”地在合金表面制得以高硬度、高耐磨的氮化鈦為增強相的表面改性層。試驗結果表明激光氣體合金化對提高TiAl金屬間化合物的耐磨性是一種很有前途的表面改性新技術。此外，還與華中理工大學合作，用激光合金化生成TiC的方案來提高TiAl金屬間化合物的耐磨性[43]：在TiAl金屬間化合物表面均勻涂覆碳粉，用CO2激光進行激光表面合金化，制得了以硬質TiC為增強相的快速凝固“原位”復合材料表面改性層。激光表面改性層顯微硬度和組織具有較明顯的梯度漸變特征。清華大學近年來與法國焊接研究所合作[44]，研制大面積激光合金化層。用45kW CO2激光器，在XC38碳鋼上，對CSiB＋NiMoCo涂層進行激光合金化處理，獲得了表面光潔、無氧化和無裂紋缺陷的大面積合金化層。合金化區的微觀組織由馬氏體、殘留奧氏體和多元共晶所組成，其硬度為61～65HRC。 5 工程應用 激光熱處理技術已在我國得到了一定規模的工業應用，成功的例子很多，舉例如下。 5.1 激光毛化冷軋輥 為了生產沖壓或深沖壓用的優質毛面薄鋼板，軋鋼廠需要對工作軋輥表面進行毛化處理。以往軋輥毛化的方法是噴丸處理，但難以精確控制軋輥表面的形貌和粗糙度，為了解決這一問題，國內外均做了大量研究。中科院力學所研究成功軋輥激光毛化技術[45]。軋輥激光毛化技術又稱激光織構化，出自于Texturing the Roughness of Work Rolls by Means of Laser Pulses[46]。 軋輥激光毛化技術可以精確控制所加工軋輥表面的形貌和粗糙度，軋制生產的激光毛面鋼板具有優良的沖壓成形性能和涂漆光亮度，其塑性變形能力有所改善，明顯優于同材質的光面板和噴丸毛面板。激光毛化技術可以在毛化的同時，使激光作用區的材料獲得超常硬度，給軋面帶來超常的強韌化效果，延長軋輥使用壽命。軋制低碳鋼板的激光輥壽命是普通輥的3～5倍；冷軋65Mn鋼的激光輥壽命是普通輥的2～3倍；平整軋制低碳沖壓用毛面板的激光輥壽命比普通輥的提高5～10倍。此外激光毛化加工也可改善軋輥使用性能，由于優化摩擦條件，軋制時不易打滑和粘連，軋制速度可提高一倍以上，消除板卷退火粘結現象，可進一步優化軋制參數，甚至可用激光輥實現異步軋制。通常大面積的激光處理采用連續掃描，由線及面地進行，此時存在掃描帶重疊造成回火軟帶和掃描帶不重疊所致表面各向異性的問題。為此，提出用脈沖激光離散熔凝處理代替激光連續掃描工藝。軋輥的激光毛化技術就是脈沖激光離散熔凝處理技術的成功的應用。 冷軋輥的激光毛化技術已在我國獲得一定規模的工業應用。1990年3月中科院力學所在中國大恒、北京吉普汽車、首鋼鋼研所協作下，開展YAG激光毛化冷軋輥工藝攻關，至1992年6月研制成功第一臺可用于帶鋼規模生產的YAG激光毛化冷軋輥實驗裝置。1992年8月開始用于秦皇島龍騰精密帶鋼公司生產，1994年3套大、中、小型YAG激光毛化冷軋輥成套設備分別在天津市冷軋薄板廠、鞍山帶鋼廠、無錫遠方帶鋼廠投產。僅一年時間，天津冷軋薄板廠近十萬噸優質激光毛化板投放市場，使我國繼比利時、日本、德國之后世界上第四個掌握激光毛化冷軋輥新技術并用于規模生產的國家。1995年華中理工大學、武鋼、武漢重機合作研制成功CO2激光毛化冷軋輥裝備并試軋了300t CO2激光毛化鋼板。上述成果說明了激光毛化技術和裝備及其工業應用是我國激光熱處理產業化進程中，產、學、研相結合獲得巨大成功的一個突出例子，值得推廣。 5.2 熱軋輥的激光強化 廣州富通公司是一家民營高科技企業，于1994年開始進行激光加工技術的應用開發工作，已開發成功GFT激光多功能加工機床[47]，用來對冶金大宗消耗件和其他各類機械零件進行激光表面改性和修復，1998年4月取得冶金工業部的鑒定證書。其中對熱軋輥的處理取得如下效果： 軋輥名稱材質處理前處理后表面硬度(HRC)軋鋼量／t表面硬度HRC軋鋼量／t壽命對比65070Mn2鋼2590057～601800提高一倍500CrMo球鐵20700551300提高80%450CrMo球鐵37700571100提高55%300CrNiMo冷硬鑄鐵 1000 1500提高50% 目前該企業主要產品GFT激光熱處理機已進入新疆八鋼和邯鋼、萊鋼、濟鋼、玉柴等大中型企業，市場前景良好。 5.3 汽缸體和缸套內壁的激光強化 汽缸體和缸套的激光強化是激光熱處理技術在我國最早獲得實際應用的實例。目前激光缸套的生產企業以西安內燃機配件廠為代表[48]，該廠1990年10月建成全國第一條缸套激光熱處理生產線，至1998年底已建成24條激光熱處理生產線，生產能力達到年產120萬只激光缸套，耐磨性比普通缸套提高25%～30%以上，使缸套壽命從6000～8000h提高到10000h以上，同時具有優越的配副性和抗拉缸性能，還可配用任何材質的活塞環，與之相匹配的活塞環的壽命可提高30%～46%以上，并且可縮短初期磨合時間。而已在汽車修理行業獲得廣泛應用的激光強化裝備以青島中發激光技術有限公司的產品較多[49]，該公司已開發生產了5種型號的激光強化機，市場信譽良好。據統計，該公司產品已在國內近80家汽車大修廠、鏜缸磨軸廠、缸套廠、大專院校和科研院所使用，取得明顯的經濟效益。 5.4 各種機械零部件局部表面的激光強化 上海工程技術大學在對球鐵的激光熱處理進行系統深入研究基礎上與中國迅達電梯公司上海電梯廠緊密合作，研制成功電梯正弦輪V型槽面的激光強化技術[50]，經瑞士迅達電梯公司多次派專家進行質量評估，確認完全符合質量要求，自1991年以來，已將此工藝列入中國迅達公司的生產工藝，已累計產生直接經濟效益超過1200萬元，發展前景良好。 勝利油田鉆井工藝研究院自1993年以來，為油田鉆采作業解決了一系列關鍵零件的激光強化問題。已投入生產的零件有：①組合抽油泵缸套的激光淬火；②整筒泵泵筒(長7m，內徑56～83mm)的激光淬火機床研制及激光處理工藝開發；③鉆井、修井用的27／8″鉆桿接頭的激光強化；④高壓柱塞泵柱塞的激光陶瓷合金化。 天津修船技術研究所1997年建成激光加工中心，已為船舶行業的壓縮機缸體、船用發電機組大模數齒輪、船用主機大直徑缸套、減速器齒輪進行激光強化，還成功地解決了食品機械大直徑QT700-2曲軸主軸頸和偏心軸頸的激光強化工藝。 中科院沈陽金屬腐蝕研究所在對某航空發動機葉片激光熔覆修復取得成功的基礎上，把激光熔覆技術在航空發動機上的應用朝產業化方向發展。 清華大學激光加工研究中心近幾年在以下項目取得較大進展：①激光共晶合金化—激光熔凝復合強化45鋼風冷柴油機凸輪軸；②球墨鑄鐵活塞環的激光陶瓷合金化；③在FeCSiBRE系激光合金化基礎上，開拓Fe-C合金表面激光非晶化；④輕型車凸輪軸螺旋齒輪的激光強化；⑤艦船主輔機關鍵零件的激光強化；⑥FeCSiB激光熔覆專用合金粉末開發等。 還有不少已取得重要突破的項目，例如中科院沈陽金屬所的激光制備納米新材料等，限于篇幅，不能在此詳細列出。可以預期，隨著我國經濟建設的發展，尤其是制造業的發展，激光熱處理技術及其裝備的研究、開發將會得到更深入的發展及更大規模的工業應用。中國機械工程學會熱處理學會高能密度熱處理技術委員會自1984年12月在湖北十堰市成立以來，已召開了七屆全國高能密度熱處理學術年會，其中包括一屆國際年會，對我國激光熱處理的發展起了一定的促進作用，今后將繼續在組織學術交流、技術培訓、決策咨詢、可行性研究和促進產、學、研結合等方面作出努力。 參考文獻： [1]劉江龍，鄒至榮．激光相變硬化機理〔C〕．全國高能密度熱處理學術年會(86’)，1985，12． [2]陳傳忠，于家洪，王世清．W18Cr4V高速鋼激光相變硬化的組織及性能．山東工業大學，1992．10． [3]張光鈞，戈大鈁．激光提高鑄鐵缸套磨損壽命的研究〔J〕．應用激光，1998，18(6)． [4]李俊昌，謝瓦利埃R，蘭熱J．M．．激光熱處理溫度場及相變硬化帶的快速計算〔J〕．中國激光，1997，A24(7)． [5]李俊昌，李行一，陳慶華，樊則賓，陳勁波．激光熱處理中實際光束熱作用的快速分析〔J〕．材料研究學報，1998，12(3)． [6]吳鋼，石娟，戴忠森．激光淬火零件內部溫度及硬化層深度的近似計算〔J〕．應用激光，1999，19(3)． [7]張光鈞，張陳春，尚榮．激光熱處理新型吸收涂層研制報告[R]．上海工程技術大學，1992．5． 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