一、激光硬化分類 激光硬化是快速表面局部淬火工藝的一種高新技術(shù)。這種方法主要用于強化零件的表面，可以提高金屬材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強度和高溫性能；同時可使零件心部仍保持較好的韌性，使零件的機械性能具有耐磨性好、沖擊韌性高、疲勞強度高的特點。激光硬化可以大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量，成倍地延長產(chǎn)品的使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟效益，已廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)的許多產(chǎn)品上。 激光硬化一般分為三種工藝：激光相變硬化，激光熔化凝固硬化和激光沖擊硬化。它們共同的理論基礎(chǔ)是激光與材料相互作用的規(guī)律。三種工藝各自的特點主要是作用于材料上的激光能量密度不同，并且與激光作用于材料上的時間有關(guān)。 激光表面硬化與常規(guī)的硬化工藝比較，其發(fā)展歷史很短，但從已取得的效果來看，激光硬化處理工藝是一種具有很多特點的表面硬化處理新工藝。其主要特點有： （1）材料表面的高速加熱和高速自冷。 （2）激光硬化處理后的工件表面硬度高，比常規(guī)淬火要高5-20%，可獲得極細的硬化層組織。 （3）由于激光加熱速度快，因而熱影響區(qū)小，淬火應(yīng)力及變形? ? （4）可以對形狀復(fù)雜的零件和不能使用其他常規(guī)方法處理的零件進行局部硬化處理。同時，也可以根據(jù)需要在同一零件的不同部位進行不同的激光硬化處理。 （5）激光硬化工藝周期短，生產(chǎn)效率高，工藝過程易實現(xiàn)計算機控制，自動化程度高，可納入生產(chǎn)流水線。 （6）激光硬化靠熱量由表及里的傳導(dǎo)自冷，無需冷卻介質(zhì)，對環(huán)境無污染。 二、激光與材料相互作用的物理過程。 激光硬化時，激光與材料的相互作用可根據(jù)激光輻照作用的強度和持續(xù)時間分為幾個階段：把激光輻照引向材料；吸收激光能量并把光能傳給材料；光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜岵牧线_到快速加熱、快速冷卻、熔化材料的目的，并且不引起材料表面的破壞；材料在激光輻照后的相變或融化凝固或沖擊產(chǎn)生晶格畸變及位錯，最終達到硬化效果。 激光與材料相互作用的物理過程中，會發(fā)生幾個效應(yīng)：能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)，物態(tài)變化效應(yīng)，表面效應(yīng)，內(nèi)部效應(yīng)。 三、金屬材料在激光輻照下發(fā)生變化。 金屬材料在激光輻照下有超快速加熱相變和快速熔凝的特征。激光加熱相變完成時間很短，同時加熱區(qū)的溫度梯度很大，因而金屬材料中碳化物的溶解和溶入奧氏體中的碳以及合金元素擴散再分布的情況，在激光加熱區(qū)不同部位之間有很大的差異，即導(dǎo)致奧氏體成分的不均勻性。激光快速加熱相變的極大過熱度造成相變驅(qū)動力很大，使奧氏體的形核數(shù)目增多，短時間內(nèi)完成相變又使得相變形核的臨界半徑很小，既可在原晶界的亞晶界形核，也可在相界面其他晶體缺陷處形核。 同時，瞬間加熱后的急冷使得超細晶奧氏體來不及長大，因而激光相變的產(chǎn)物必將獲得超細的晶粒度和相變組織。激光相變硬化后的馬氏體組織形態(tài)一般為極細的板條馬氏體和孿晶馬氏體。其中，板條馬氏體比常規(guī)熱處理的多，這種組織中的位錯密度相當高，且隨著功率密度的增加，平均錯位密度也增加，板條馬氏體為位錯胞狀亞結(jié)構(gòu)。同樣由于快熱快冷的原因，使得激光硬化后的殘余奧氏體量增加，碳在奧氏體中的含量由于來不及擴散而滯留，隨著奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，獲得高碳馬氏體，提高了硬度。 四、含碳量及合金元素的影響。 激光硬化過程中，金屬材料的含碳量及合金元素對處理后的效果有較為明顯的影響。眾所周知，鋼的淬硬性是指在正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成的馬氏體組織能夠達到的最高硬度。淬硬性主要與鋼中的含碳量有關(guān)，更確切地說，它決定于淬火加熱時固溶在鋼的奧氏體中的碳含量，其含碳量越多，淬火后的硬度就越高。 合金元素在激光硬化過程中主要對淬硬層深度影響較大，并對表層組織及硬度的均勻性起到一定的作用。大部分合金元素加熱溶于奧氏體時，均使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線向右移動，增大了奧氏體的穩(wěn)定性而減小臨界冷卻速度，特別是當碳含量不高時顯著降低臨界冷卻速度。臨界冷卻速度越小，則奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的速度越慢，即成核與長大速度減低。在常用的合金元素中，對降低臨界冷卻速度從而使鋼容易淬火的影響來說，以錳為最強烈，其次為鉬、鉻、鋁、硅、鎳，再次是其它元素，而鈷卻反而增加臨界冷卻速度從而降低淬火效果。當同時加入數(shù)種合金元素時，由于相互激發(fā)的效應(yīng)更能大大降低臨界冷卻速度，而使鋼的淬透性得到顯著提高。 五、激光硬化工藝。 在激光硬化過程中，影響激光硬化效果的因素很多，大體可歸為三類：激光器件的影響，基體材料狀態(tài)的影響，硬化過程工藝參數(shù)的影響。 激光器件的影響主要包括激光束模式（基模、低階模、多模）、模式穩(wěn)定性、振蕩方式、光斑形狀、光斑能量密度分布狀態(tài)、波長、輸出功率的穩(wěn)定性、光束的發(fā)散度等，一般情況下，激光器選定后，上述參數(shù)就基本確定。 基體材料的影響主要包括基體材料的化學(xué)成分、幾何形狀、幾何尺寸、表面狀態(tài)和原始組織等。 激光硬化過程工藝參數(shù)的影響主要包括光斑尺寸、功率輸出、掃描速度及表面預(yù)處理狀態(tài)等。 激光硬化工藝主要有：連續(xù)波二氧化碳激光硬化工藝，脈沖激光硬化工藝。