| 单词 | 铸铁的激光热处理 |
| 释义 | 【铸铁的激光热处理】 激光热处理具有变形小、加热速度快、不需要冷却介质、生产率高、可对常规热处理方法难以解决的特殊部位进行硬化、易于实现生产自动化和节约能源等优点。铸铁是一种价格低廉的工程材料，借助于不同种类的激光热处理可以使这种廉价材料获得所需的性能而提高其使用价值。 激光热处理大致可分为表面不熔化和表面熔化的激光热处理。前者主要指激光淬火(即激光相变硬化)、激光退火、激光冲击硬化等；后者包括激光熔凝硬化、激光上釉、激光合金化、激光涂覆等。激光熔凝硬化和上釉表面无化学成分发生变化，激光合金化和涂覆则表面化学成分发生变化。1．灰铸铁。对珠光体基体灰铸铁内燃机车柴油机缸套进行激光强化，用X光分析方法研究其组织发现，经激光淬火后珠光体基体转变为细针状马氏体、奥氏体和渗碳体的混合组织，提高了耐磨性。与渗硼缸套相比，激光热处理缸套的快速磨粒磨损耐磨性可提高10%～44%，与各种环的配副性能均明显改善，表现在配副环开口间隙增大值可降低34%～60%，综合相对耐磨性可提高30%～55%。灰铸铁激光淬火比常规淬火硬度高的原因是组织超细化，同时激光束在金属快速加热和高速冷却过程中，金属中产生大量刃型、螺型和混合型位错。由于位错密度急剧上升和位错的运动，使铸铁的强度、硬度大幅度上升。此外激光淬火可显著减小灰铸铁变形，对珠光体基体灰铸铁进行激光熔凝硬化表面改性处理，表面可获得马氏体或莱氏体组织，表层硬度可达800HV以上，并且有处理复杂形状零件和处理其他方法难以达到部位的能力。由于改性表面的熔化层组织显著细化，石墨溶解消失，缺陷数目减少，形成极细的层片状枝晶变态莱氏体，改性层的硬度、抗压强度和断裂强度明显提高。比较表明，灰铸铁激光表面熔凝硬化处理后比高频淬火态有较高的磨损抗力，硬度与耐磨性可与气体渗氮的相比拟。在灰铸铁表面涂上一层铁基粉末，经激光熔化处理后，显微硬度成倍提高。基体硬度为200HV，涂了铁基粉末再激光处理后表面硬度可提高到598HV。在细片状珠光体基体灰铁上预置厚为0．15～0．29mm左右的铬粉进行合金化后，合金化层有良好的抗回火性，电化学实验表明，铸铁表面熔入铬后，其耐蚀性有较大提高。碲(Te)对铸铁有较强的白口化能力，可提高材料工作表面的硬度，从而可改善其耐磨性。对灰铸铁进行激光渗Te处理，渗Te量对白口深度有显著影响，白口深度可达2mm。硬度达68HRC，显微硬度达1900HV，激光处理后，熔化区组织以莱氏体和渗碳体为主，热影响区以针片状马氏体和隐晶马氏体为主。用高功率CO2激光束可对灰铸铁表面实现氮硼共渗处理，氮硼均能渗入工件表面并形成多种硬质化合物，如Fe4N、Fe3N、Fe2N、Fe3C、Fe2C、Fe2B和FeB等，这些化合物的生成，对表面合金层的强化起着极为重要的作用。激光合金化能使熔化区共渗合金层的显微组织细化，从而能有效地改善金属表面性能。从凝固角度研究灰铁激光合金化特征的结果表明，激光合金化后合金化区和过渡区中存在非均匀现象，这包括合金成分分布、凝固组织特征和显微硬度分布的非均匀性以及凝固模式的非唯一性。出现非均匀现象的原因有：多组元元素间的相互作用、对流运动与元素扩散运动的耦合效应及其程度、激光合金化的熔池形状效应和激光快速加热作用对凝固参数的作用。2．球墨铸铁。对球墨铸铁进行激光熔化处理时，表面会产生包括铁素体、奥氏体、马氏体和渗碳体的各种复杂的显微组织。如果能量密度、光束与基体的作用时间等工艺参数不同，则熔化和冷速各异，于是产生不同类型的显微组织。凝固速度很高时，则形成枝晶状奥氏体基体的显微组织，其显微硬度为400～650HV；凝固速度低时，会形成很硬的铁素体加渗碳体层片状混合组织，其显微硬度为1000～1250HV。由于激光熔化处理细化了组织和亚稳奥氏体基体的存在，使得激光熔化处理过的球墨铸铁的耐磨性得到有效的提高。采用激光重熔处理可使普通的球墨铸铁获得较好的抗腐蚀性能，在5%的H2SO4溶液中和室温条件下，可使原来不能钝化的球墨铸铁转变成很容易钝化的合金材料。激光处理后的球铁表面细晶区深度越大，晶粒越细，其钝化趋势越大，抗腐蚀性能越好。球铁激光表面熔化处理后可获得表面凹凸差约0．02～0．04mm的较平整、无裂纹、无气孔的熔凝带，熔凝带硬度高，耐磨性好，有效硬化深度可达0．5mm。球铁制的高压油泵分油盘激光表面熔化处理后台架试验表明，性能与38CrMoAlA钢气体渗氮的相近。在铁素体球铁表面涂200目的纯铬粉进行合金化，可获得0．2mm左右的合金层，层内无气孔，表面较平整，具有较高的硬度和好的抗高温回火性能，抗蚀性较基体有较大提高。用铬涂覆后经激光处理的球铁，可提高抗腐蚀性和促进合金钝化。激光热处理还可改善不同基体球铁的接触疲劳性能，激光热处理可使球铁接触疲劳极限提高300N／mm2，激光热处理硬化层深度与接触疲劳极限有关，增加硬化层深度有利于提高球铁的接触疲劳极限；提高基体强度，降低硬化区与基体强度差有利于接触疲劳极限的进一步提高。球铁进行激光表面熔化处理后，表面层的金相组织发生了变化，耐磨性能显著提高，但有时激光表面熔化层在处理后会形成裂纹而影响零件的使用寿命，裂纹的产生与熔化层表面剩余应力状态有关，研究熔化层中剩余应力分布规律表明：剩余拉应力随扫描速度增加而下降，随输出功率增加而增加；熔化带不搭接时，其中心为剩余拉应力状态，边缘外侧和淬火区处于剩余压应力状态；熔化带搭接时由于相互影响，最后一条熔化带中心处于剩余拉应力状态，而初始熔化带中心处于剩余压应力状态。3．合金铸铁。(1)高磷铸铁。用连续CO2激光对高磷铸铁进行表面熔化和相变硬化处理，通过相变硬化表面得到马氏体层，通过熔化表面获得莱氏体层，用磁致伸缩振动气蚀分析方法对这些表层做气蚀抗力试验，发现莱氏体与马氏体两种表层易于气蚀的倾向要小于未经处理的表面。并且证明经激光处理后的莱氏体与马氏体组织具有较好的抗空气腐蚀性能。在高磷铸铁表面喷涂一层厚为0．1～0．2mm的镍基合金粉末后，在5kW的CO2激光机上进行激光合金化再进行气蚀试验。结果表明，未经激光处理的试样表面气蚀严重，经激光合金化试样失重比未处理试样大约小60%，可见高磷铸铁激光合金化后，由于组织的改变和镍等耐蚀元素的加入，具有较好的抗气蚀特性。(2)CrNiMo铸铁。对CrNiMo铸铁制的汽车排气阀座进行激光硬化处理后硬度达650～740HV，从磨损试验看，经激光淬火的试样比未经激光淬火的试样耐磨性提高1～2倍，用2kW的CO2激光器对486Q汽油机凸轮轴(CrNiMo合金铸铁制)进行激光表面熔凝硬化和相变硬化处理，其硬化层组织为极细莱氏体和细针状马氏体，硬化效果显著。现场装机进行耐久试验的最大磨损为0．009mm，磨损平均值为0．007mm，使用寿命提高了3倍，硬化后的同轴变形均小于0．05mm。(3)CrMoCu铸铁。用CrMoCu铸铁制成的16240Z柴油机气缸的内表面经激光淬火后，其硬化率为20%～40%，经实际应用对比，激光表面淬火比电火花表面淬火的耐磨性提高30%～100%。CrMoCu铸铁制成的气缸套经激光相变微熔处理后．表面熔化区石墨消失，形成马氏体与莱氏体，硬度及耐蚀性较未处理珠光体基体高，使耐气蚀性有所提高。在试样表面用Co50进行合金化处理后，抗气蚀性表现良好。经10h气蚀试验后，合金表面未发现任何气蚀孔，用SEM观察，表面仅变得稍粗糙而已，这是由于Co50合金层具有较大的加工硬化性能和低的层错能等，能够很好地吸收空化能量，同时亦具有高的耐蚀性。(4)高铬铸铁。高铬铸铁激光热处理后，由于从马氏体中析出(Cr、Fe)7C3型碳化物而得到强化。在激光加热前，零件必须预热到400℃或更高温度以防止产生裂纹。激光处理与常规热处理相配合，可以提高高铬铸铁制成的喷丸装置叶片的使用寿命。4．蠕墨铸铁。珠光体与铁素体为基体的蠕墨铸铁激光表面硬化后，表层在淬火前有珠光体的区域经激光处理后产生马氏体转变，马氏体转变深度与照射速度有关，照射速度增加则转变深度变浅。表层石墨周围存在铁素体组织的区域，于激光处理中在石墨周围产生环状马氏体硬化区，其厚度与加热温度和时间有关，激光处理可显著改善其摩擦磨损性能。5．可锻铸铁。对可锻铸铁制的CJ－70型摩托车凸轮轴进行激光熔凝处理，整个硬化层的显微组织由熔凝区、相变硬化区和邻近基体区3个部分组成，与这3个区相应的硬度分布曲线上有两个平台和一个凹谷，第1个平台硬度为900HV，第2个平台硬度稍低，凹谷的硬度为550～600HV，是由接近熔化温度的奥氏体过热引起的。激光熔凝处理后有很高的耐磨性，激光硬化的均匀性优于球铁。用激光上釉处理可锻铸铁表面获得熔凝带宽深均达0．56mm，表面相当平滑。(上海工程技术大学沈利群撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。