激光相变硬化在模具表面强化中的应用研究

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1、%#锻压机械#&#((!"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""激光相变硬化在模具表面强化中的应用研究!(((##北京工业大学王秀彦安国平林道盛!((()$北京航空航天大学王秀凤摘要介绍了激光表面相变硬化加工的特点及应用、材料表面激光相变硬化工艺的研究———激光相变硬化机制、激光相变硬化层的影响因素、激光相变硬化过程的温度场研究、激光相变硬化后残余应力场的研究以及激光相变硬化在模具表面强化中的应用关键词激光相变硬化模具强化中图分类号./!+-"’’!

2、引言对于钢铁和其他具有固态相变的金属或合金材激光是一种原子系统在受激辐射放大过程中产料而言，当激光束的加热温度超过材料的相变温度生的高亮度相干光，它是#(世纪-(年代出现的重时，它们将发生固态相变。对钢铁材料，将形成奥氏大科学技术成就之一。自问世以来，以其诸多特殊体，并在激光束停止照射后通过冷基体的自冷效应性能引起了各个领域的重视，标志着人类对光的认而实现淬火硬化。据此，可以实现模具表层金属的识和应用的一个飞跃。硬化处理，即激光淬火。激光相变硬化又称激光淬火，它通过具有足够"激光热处理功率密度的激光束，快速加热金属表面，使其达到相变温

3、度以上，金属材料内部则保持冷态。在停止加基金项目：北京市青年科技骨干基金项目（’’(!($(!）热后，内部金属迅速传热，使表层金属急剧冷却，从航空基础科学基金资助（’)*+!!!(）而达到淬火的目的。当激光束的加热温度继续升收稿日期：#(((,!(,#-高，超过材料的熔点，或者再继续升高，将出现表层作者简介：王秀彦，女，$%岁，副教授，博士生熔化、气化、升华气化、形成等离子体直至出现小孔!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!施。我们从有关资料了解到，对卷板机下辊增加支小。若将橡胶块

4、修正成如图#所示的形状，保证其撑辊轮以增强下辊的刚性是一种有效的方法。但由充分贴合在上辊和板材之于这牵涉到对设备的改造，困难较大，投资也较大，间，以弥补相应各处不同且影响生产，故无法实施。程度的间隙，使得辊轴对通过上面的分析我们知道，产生桶形变形的原板材同一层面上沿辊轴长因主要是由于卷板机辊轴的变形使得沿长度方向辊度方向的各点作用基本趋轴上各点对板材的压紧力和弯曲力不同造成的。为于一致，则可得到两条边了弥补辊轴变形及在上、下辊之间产生的间隙，我们基本平行，各截面直径基采用两块薄的长方体橡胶块垫在上辊中间部位，如图#橡胶垫块的形状及尺寸

5、本相同的筒体，即卷出的图!所示，结果起到了很好的效果，变形误差大大减筒体基本消除了桶形。图中尺寸!可根据板宽尺寸的大小取$&%或#&$即可（取全长最佳），尺寸"取略小于上辊周长的一半，#值为上、下辊的挠曲变形量之和，此值很难准确计算。因此，在实际生产中，可根据经验把上、下辊当做简支进行概算或估算。在卷制筒体的过程中，要不断移动垫块的位置，使其始终保持和上辊及板材接触，以保证板材沿辊轴长度方向各点受力基本相同，这样，就可以达到减图!橡胶垫块调整间隙的示意图少筒体尺寸误差、卷制出较高精度筒体的目的了。!"上辊#"橡胶垫块$"工件%"下辊实

6、验研究———激光相变硬化在模具表面强化中的应用研究#>"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""效应。这些作用都可以应用于金属特种加工。如下式所示：!7$!/&’(（$）!模具材料表面激光相变硬化工艺的研究式中：&———系数，由材料的加热温度和热扩散系’［!"#］!"#激光相变硬化机制数决定；激光加热时，金属表面组织结构转变仍遵循相(———激光束作用时间，8。变的基本规律。但是，由于激光加热速度极快，致使!"!激光相变硬化过程的温度场研究奥氏体过程（激

7、光相变区）处在一个较高较宽的温度研究温度场的分布及变化规律，对于认识激光区域中，形成非常细小且极不均匀的奥氏体，在自身相变硬化的本质规律和指导生产实践、确定激光加快速冷却过程中，转变成极细小的马氏体。而残留工工艺参数都具有重要的意义。国内外学者依据不在奥氏体中的细小弥散的未熔碳化物，在淬火后的同的假设建立了不少传热模型，模拟了温度场的分组织中分布在细小的马氏体上，这种马氏体的硬度布。值得参考的主要有：比一般的马氏体硬度高$%&左右，使得金属表面具（!）李俊昌学者将激光视为一个随时间变化的有很高的硬度和优良的耐磨性。同时，由于表层马外部

8、点光源，将扫描过程视为瞬时作用的点光源在氏体体积增大，从而形成表面压应力，使疲劳性能大扫描方向移动的结果，依据9.:);<)定律，推导出三幅度上升。但是，我们认为激光相变硬化只使表面维热传导微分方程［=］。首先计算固定的