對于提高大型模具使用壽命和減少精密模具的熱處理變形，激光表面強化技術有著極大的技術優(yōu)勢,主要包括激光表面淬火和激光表面熔覆。 激光表面淬火 激光表面淬火是一種利用高能量激光束掃描工件使被掃描的區(qū)域表面硬化的技術。其基本原理為用一定能量密度（103～105W/cm2）的激光照射工件，使被照射的表層區(qū)域被急速加熱至相變點以上，熔點以下的溫度，此時工件基體仍處于冷態(tài)，加熱區(qū)與基體之間存在很大的溫度梯度，當激光束停止照射時，由于熱傳導的作用，加熱區(qū)會急速冷卻（106～108℃/s）而發(fā)生馬氏體轉變，使工件表層實現相變硬化。1.激光淬火的特點 （1）激光淬火是快速加熱、自激冷卻，不需要爐膛保溫和冷卻液淬火，是一種無污染綠色環(huán)保熱處理工藝，可以很容易實行對大型模具表面進行均勻淬火。 （2）由于激光加熱速度快，熱影響區(qū)小，又是表面掃描加熱淬火，即瞬間局部加熱淬火，所以被處理的模具變形很? ? （3）由于激光束發(fā)散角很小，具有很好的指向性，能夠通過導光系統(tǒng)對模具表面進行精確的局部淬火。 （4）激光表面淬火的硬化層深度一般為0.3～0.7mm，使其應用受到一定的限制。 2.工藝參數的選擇 影響激光淬火質量的工藝參數是多方面的，主要有激光功率、掃描速度、光斑尺寸、光束能量分布狀態(tài)、吸光涂層種類與厚度等。衡量激光淬火質量的主要指標包括硬化層深度、寬度、硬度及硬化層表面粗糙度。其之間主要關系有以下幾點： （1）激光在單位時間上作用于模具的功率密度（即比功率E），將決定激光淬火的效果。激光淬火所需的比功率E為102～104W/cm2·s。比功率E由激光功率P、掃描速度V、光斑尺寸D決定，即E=P·V-1·D-1。 （2）在102～104W/cm2·s的范圍內，功率密度的增加、掃描速度減? ⒔鼓＞叩撓不閔疃取⒂捕燃壩不惚礱媧植詼仍黽印Ｈ綣β使螅杷俁忍幢裙β侍螅鏨鮮齜段В嵩斐曬ぜ礱嬡芻⑸賬穡環(huán)粗捕群陀不閔疃然崠鋝壞郊際躋蟆? （3）激光淬火硬化層寬度由光斑尺寸決定。大面積淬火必須進行多道掃描。寬帶掃描比窄帶掃描效率高。 （4）光束能量分布主要影響硬化層深度、寬度及組織的均勻性。它由光束模式及導光系統(tǒng)決定。通常，應根據設備的實際情況調整到最佳狀態(tài)，以保證硬化層的均勻性。 （5）吸光涂層種類及厚度會影響工件對激光能量的有效吸收。目前應用較為成熟的吸光涂層有磷酸鹽涂層、含膠體石墨涂層、氧化物涂層等。在覆蓋工件表面的前提下，涂層厚度越薄越均勻，則效果越好。 3.應用實例 汽車大型覆蓋件模具一般用合金鑄鐵制造。合金鑄鐵的特性不宜進行整體熱處理，傳統(tǒng)工藝采用火焰淬火，其淬火硬度為40～50HRC。改用激光淬火，模具表面硬度可提高到55～65HRC，硬化層有效深度為0.5～0.7mm，模具耐磨性大大提高，零件拉傷問題得到有效控制，模具在線維修率控制在4%以下。以前每批生產完成后均需對拉深模進行大面積推磨，現只是需要進行簡單維護保養(yǎng)便可。 激光熔覆 激光熔覆的研究工作始于20世紀70年代，1981年成功地應用于噴氣發(fā)動機葉輪片。激光熔覆是利用高能的激光束在金屬表面輻照，使涂覆材料熔化、擴展，與基體結合并迅速凝固，在基材表面形成一層具有特殊物理、化學或力學性能的材料。應用激光熔覆技術處理模具表面，既可以是對己加工成坯的制造模具進行表面改性，也可以是對成形模具進行表面修復。 1.激光熔覆的特點 （1）由于激光的快速加熱和冷卻過程，激光熔覆層組織細小，結構致密。 （2）由于激光束的高能密度所產生的近似絕熱的快速加熱過程，激光熔覆對基材的熱影響小，引起的變形? ＜す餿鄹部梢雜行У匭薏沽押邸⒈瀾且約澳ニ鸕拿芊獗摺? （3）激光束的功率、位置和形狀等能夠精確控制，易實現選區(qū)甚至微區(qū)熔覆修復。 （4）熔覆層的稀釋率小，可精確控制，熔覆層成分具有可設計性。 （5）無接觸型處理，能實現自動化和柔性加工。 2.工藝參數的選擇 影響激光熔覆質量的工藝參數是多方面的，主要有激光功率、掃描速度、光斑尺寸、搭接率、被熔覆材料化學成分以及單位時間熔覆量等。衡量激光熔覆質量的主要指標包括熔覆層厚度、寬度、硬度、平整度、熔覆層表面是否有裂紋及氣孔。其之間主要關系有以下幾點： （1）激光在單位時間上作用于模具的功率密度（即比功率E），是影響激光熔覆的主要工藝參數。激光熔覆所需的比功率E為103～105W/cm2·s。功率密度的增加、掃描速度減? ⑷鄹膊閆秸仍黽印⒖亞閬蚣跎佟５β使螅杷俁忍嵩斐扇鄹膊愫轄鶘賬穡∈吐試黽櫻扔跋燁齟蟆? （2）激光熔覆層寬度主要由光斑尺寸決定。大面積熔覆必須進行多道掃描，其搭接率為30%～50%的效果最好。 （3）被熔覆材料化學成分對熔覆層質量影響最大、最復雜。一般情況下，碳、硼含量高，熔覆層硬度高、開裂傾向大；鎳、鈷含量高，開裂傾向? ９琛⑴鷙扛擼鄹膊閆秸雀摺? 3.應用實例 近年來激光熔覆用于模具修復的技術發(fā)展較快。激光能量密度高，受熱范圍小，可以熔覆各種金屬材料，如S136、718、2344、NAK80、8407、不銹鋼、鈹銅、鋁合金及鈦合金等。熔覆層無砂眼、氣孔，與基體形成冶金結合，結合強度高、不容易脫落，可對模具進行修補裂痕、崩角、磨痕修補等。 目前，應用于激光熔覆技術的設備主要是連續(xù)CO2激光器和脈沖YAG激光器。連續(xù)CO2激光器多用于大型模具的修復（如5CrNiMo和H13鋼模具），不適于微小尺寸的修復。脈沖YAG激光器光斑直徑能聚焦到0.2～2.0mm，在精密模具的修復中，脈沖YAG激光器具有許多優(yōu)于連續(xù)CO2激光器的良好性能。 （1）YAG激光器與光纖的藕合效率高，便于遠距離操作，易于實現激光加工的柔性化。 （2）脈沖YAG激光器有著更多的可控參數（脈沖頻率、脈寬以及脈沖能量等），有利于提高加工工藝的性能。 （3）脈沖YAG激光器高重復頻率工作時的效果更好，加熱速度極快，冷卻速度極快，溫度梯度大，模具不易變形坍塌。 結語 隨著我國經濟不斷發(fā)展，汽車的生產能力不斷提高，我國汽車模具制造技術、激光器制造技術及激光應用技術也會得到整體提升。可以預見，隨著我國制造業(yè)整體實力的提高，汽車模具的激光強化技術將會得到快速發(fā)展。