激光热处理
数控机床主轴激光热处理工艺
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激光热处理工艺的优化与改进
激光功率的优化
总结词
激光功率是影响激光热处理工艺效果的重要参数，优化激光功率可以提高处理效果和加 工质量。
详细描述
通过调整激光器的输出功率，可以改变材料表面的加热速度和温度分布，进而影响材料 的相变和热处理效果。优化激光功率可以获得更好的表面粗糙度、更小的热影响区和更
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激光热处理工艺的应用前景与 挑战
应用前景
高效能
适用性广
激光热处理工艺能够提高金属材料的 表面硬度和耐磨性，从而提高数控机 床主轴的使用寿命和加工精度，实现 高效能加工。
激光热处理工艺适用于各种金属材料 的表面处理，如钢铁、有色金属等， 具有广泛的适用性。
环保性
激光热处理工艺是一种非接触式的表 面处理技术，减少了传统热处理工艺 中的冷却剂和有害气体的排放，更加 环保。
控制冷却速度
根据工艺要求，控制冷却速度，以获得最佳的热处理效果。
后处理阶段
表面检查和处理
检查主轴表面质量，对表面进行抛光、打磨等处理，以提高表面光洁度和耐腐 蚀性。
性能检测
对热处理后的主轴进行性能检测，如硬度、耐磨性、抗疲劳性能等，以确保满 足工艺要求。
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激光热处理对数控机床主轴性 能的影响
硬度提升
技术发展趋势
智能化
随着智能制造技术的不断发展， 激光热处理工艺将更加智能化， 实现自动化和智能化的生产和控
制。
高效化
提高激光热处理工艺的加工速度 和效率是未来的重要发展方向， 能够进一步提高数控机床主轴的
性能和使用寿命。
绿色化
环保意识的提高对激光热处理工 艺提出了更高的要求，未来将更 加注重减少有害物质和废弃物的
激光热处理PPT幻灯片
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对于大面积扫描，因激光光斑面积 小，必须采用多次搭接技术或大面积光 斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多 次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处 存在一个区域。因此其显微硬度是波动 的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一 种宏观的周期性性能变化。对大面积光 斑技术，当输出功率一定时，光斑面积 越大，功率密集越低，增大光束直径可 能消弱激光的高能密度和超快速加热优 势。
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ห้องสมุดไป่ตู้
三、激光热处理的应用
几乎一切金属表面热处理都可以应用。 目前应用比较多的有汽车、冶金、石油、重 型机械、农业机械等存在严重磨损的机器行 业，以及航天、航空等高科技产品。
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1、汽车行业
激光热处理在汽车行业应用极为广泛， 在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲 轴等几乎都可以采用激光热处理。例如：美 国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理 在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键 件上，CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬 化，日产3万套，提高工效四倍。
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2、大型机车制造业
激光热处理在大型机车制造业已被采用，
大大提高了机车寿命，主要是机车大型曲
轴的激光热处理和机车柴油机缸套和机车
主簧片的激光热处理。它们的模具制造工
艺复杂，精度要求高，形状各异，应用广
泛，但往往因模具的寿命短而加大了成本，
返修也很困难。用激光对模具表面进行热
处理，已逐渐被认识和被采用，可成倍的
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因此,可以减少后道工序(矫正或磨制)的 工作量,降低工件的制造成本。此外该工 艺为自冷却方式,无需淬火液,是一种清洁 卫生的热处理方法;而且便于用同一激光 加工系统实现复合加工。因此可直接将 激光淬火供需安排在生产线上,以实现自 动化生产。又由于该工艺为非接触式,因 此可用于窄小的沟槽和底面的表面淬火。
浅谈激光热处理技术
浅谈激光热处理技术0.前言激光热处理是一种表面热处理技术。
即利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。
激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。
由于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，结果使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏体化温度实现快速加热。
当激光加热结束，因为快速加热时工件基体大体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实现淬火等热处理效果。
激光淬火效果：激光淬火层的硬度分布曲线激光淬火层的硬度分布激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。
适用材料为中、高碳钢，铸铁。
激光淬火的应用实例：激光淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用寿命提高2～3倍。
1.激光热处理技术的特点及原理1.1激光热处理的特点（1）生产效率高、加工质量稳定可靠、成本低，经济效益和社会效益好。
（2）一般无需真空条件，即使在进行特殊的合金化处理时，也只需吹保护性气体即可有效防止氧化及元素烧损。
（3）依靠零件本体热传导实现急冷，无需冷却介质而冷却特性优异。
（4）与各种传统热处理技术相比具有最小的变形，可以用处理工艺来控制变形量。
（5）可处理零件的特定部位以及其它方法难以处理的部位，以及表面有一定高度差的零件, 可进行灵活的局部强化。
（6）强化层与零件本体形成最佳的冶金结合，解决许多传统表面强化技术难以解决的技术关键。
（7）配有计算机控制的多维空间运动工作台的现代大功率激光器，特别适用于生产率很高的机械化、自动化生产。
（8）在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。
其应用的潜力首先在于大幅度提高表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的的能力以及制备特殊的耐腐蚀功能表层。
（9）低碳环保，无需冷却介质，无废气废水排放。
1.2激光热处理的原理激光热处理分为激光硬化、激光熔覆和激光合金化。
激光热处理对钢材抗腐蚀性能的改善研究
激光热处理对钢材抗腐蚀性能的改善研究钢材作为一种常用的结构材料，在工业生产和建筑领域得到广泛应用。
然而，由于其本身的化学成分和微观组织缺陷，钢材容易受到腐蚀的侵蚀，降低了其使用寿命和性能。
因此，提高钢材的抗腐蚀性能一直是一个重要的研究方向。
近年来，激光热处理技术作为一种新型的表面改性技术，吸引了广泛的研究兴趣。
激光热处理通过高能量密度的激光束瞬间加热材料表面，使其经历相变、晶粒细化、析出相形成以及残余应力的改变等过程，从而实现对钢材表面性能的改善。
在这些改善中，针对钢材抗腐蚀性能的提升也得到了一定程度的研究和验证。
首先，激光热处理可以改善钢材表面的化学组成。
通过激光加热，钢材表面发生了相变和固溶等反应，从而改变了表面的化学成分。
例如，激光热处理可以使原本分布不均匀的碳元素在钢材表面得到均匀分布，形成更加均一的碳化物。
这种碳化物的形成不仅可以增加钢材的硬度，还可以提高其抗腐蚀性能。
另外，激光热处理还可以改变钢材表面的含氧量，通过控制激光加热的温度和时间，可以在钢材表面形成厚度可控的氧化膜。
这样的氧化膜可以在一定程度上阻止钢材内部的金属离子扩散，提高钢材的抗腐蚀性能。
其次，激光热处理还可以改善钢材表面的微观组织。
钢材的微观组织对其抗腐蚀性能有着重要影响，激光热处理可以通过晶粒细化和相变等方式调控钢材表面的微观结构。
晶粒细化可以增加钢材的晶界面积，阻碍腐蚀介质分子或离子的渗透。
同时，晶粒细化还可以提高钢材的取向性，减少异质相的存在，从而降低局部电化学腐蚀的可能性。
相变过程中的析出相也可以在钢材表面形成一定的保护膜，阻止腐蚀介质对钢材的侵蚀。
这些微观组织的改变可以显著提高钢材的抗腐蚀性能。
此外，激光热处理还可以改变钢材表面的应力状态，进一步提高其抗腐蚀性能。
激光加热引起的快速冷却和晶格的收缩会导致表面残余应力的产生。
这些残余应力可以通过改善钢材的力学性能、增强其断裂韧性、提高其抗拉强度等方面来提高其抗腐蚀性能。
激光热处理对铜材料变形行为和残余应力的影响研究
激光热处理对铜材料变形行为和残余应力的影响研究激光热处理作为一种先进的表面处理技术，已被广泛应用于各个领域。
其通过高能量的激光束照射材料表面，使其瞬间受热、熔融、再快速冷却，从而改变材料的组织结构和性能。
本文将重点研究激光热处理对铜材料变形行为和残余应力的影响。
铜作为一种重要的工程材料，在电子、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用。
激光热处理可以极大地改善铜材料的性能，提高其硬度、强度等力学性能，并且增加了材料的耐腐蚀性能。
因此，研究激光热处理对铜材料变形行为和残余应力的影响，对于深入了解激光热处理机制，提高材料的性能具有重要意义。
首先，激光热处理对铜材料的变形行为有着显著的影响。
激光热处理过程中，由于材料表面受到高能激光束的加热，会发生局部的瞬时熔化和淬火，从而引起铜材料的变形。
研究表明，激光热处理可以显著减小铜材料的晶粒尺寸，提高其晶界密度和位错密度，从而改变了材料的变形机制。
此外，激光热处理还可以改变材料的形变行为，使其呈现出更好的塑性变形能力。
通过合理控制激光热处理参数，如激光功率、扫描速度等，可以实现对铜材料变形行为的精确控制。
其次，激光热处理对铜材料的残余应力有着重要的影响。
激光热处理过程中，由于材料表面瞬间受到高温和快速冷却的作用，会引起局部的热应力和相应的残余应力。
这些残余应力对材料的性能和稳定性有着重要影响。
研究表明，激光热处理可以降低铜材料的残余应力，使其更加平衡和稳定。
这是由于激光热处理过程中，通过快速冷却可以形成更加细小的晶粒和均匀的残余应力分布，减小了材料表面的应力集中效应。
此外，激光热处理还可以改善铜材料的晶界行为。
激光热处理过程中，由于材料表面受到激光束的高能量照射，会引起晶粒结构的变化和晶界的再结晶。
研究表明，激光热处理可以提高铜材料的晶界密度和晶界角度，从而提高了晶界的稳定性和强度。
这将有助于降低晶界的扩散速率和晶界的集中化应力，从而减小材料的变形和断裂倾向。
总之，激光热处理对铜材料的变形行为和残余应力有着重要的影响。
激光热处理 梯度结构-概述说明以及解释
激光热处理梯度结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述激光热处理是一种利用高能激光束对材料表面进行局部加热的先进技术，通过控制激光参数，可以实现表面材料的快速加热和冷却，从而改善材料的表面性能和组织结构。
梯度结构则是指在材料内部形成具有连续、逐渐变化的组织结构，使材料在不同位置具有不同的性能，既保留了材料本身的特性，又具有更加优越的性能表现。
本文将探讨激光热处理与梯度结构的结合应用，探讨其在材料制备领域的重要意义并展望未来的发展方向。
通过对激光热处理和梯度结构的基本原理和优势进行深入分析，可以更好地理解这一先进技术在材料领域中的应用前景和潜力。
json"1.2 文章结构":{"本文将首先介绍激光热处理的基本原理，包括激光对材料的作用机制和热处理过程中的关键参数。
接着，将阐述梯度结构的概念及其在材料强度和性能优化方面的优势。
最后，探讨激光热处理与梯度结构相结合的应用，探索其对材料性能的提升和应用领域的拓展。
通过对这些内容的深入分析，读者将更加全面地了解激光热处理与梯度结构在材料加工领域的重要作用。
"}1.3 目的本文旨在探讨激光热处理与梯度结构的结合应用在材料制备领域的潜在优势及未来发展趋势。
通过深入分析激光热处理的基本原理和梯度结构的概念，我们旨在揭示这两种技术结合使用的优势，并展望这种结合在材料制备中的潜在发展方向。
通过本文对激光热处理与梯度结构的研究，我们希望为材料研究领域提供新的思路和方法，推动材料科学与工程的进步。
同时，我们也希望引起学术界和工业界对这一领域的更多关注和研究，为未来材料制备技术的发展做出贡献。
2.正文2.1 激光热处理的基本原理激光热处理是一种通过激光能量对材料表面进行加热处理的技术。
其基本原理是利用激光束的高能量密度，将能量集中地作用在材料表面上，从而使材料表面迅速升温，达到所需的温度。
在短时间内加热到高温的过程中，材料表面会发生相变、晶粒细化、残余应力消除等物理变化，以提高材料的性能。
激光表面热处理技术的特点
激光表面热处理技术的特点激光表面热处理技术是利用聚焦后高能量的激光束由激光加工系统在数控控制下，对金属表面指定部位以106℃/s的加热速度作用于材料表面，使激光作用区温度急剧上升形成奥氏体，或表面熔化形成熔凝状态。
并利用材料自身的自冷作用使其迅速发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。
激光表面热处理技术包含激光熔凝和激光淬火。
激光表面热处理的特点：1.激光表面处理后硬度层的深度依照零件材料成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3～1.5mm范围之间。
激光熔凝处理时硬度层深度可达1.5-2mm。
2.对表面粗糙度要求高的齿轮、大型轴类零件、模具、刀片、轴承座、阀门进行激光表面处理，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。
3.激光表面热处理通过数控精确控制激光加工轨迹，可以对任意尺寸的工件局部表面处理。
4.由于激光处理后组织位错密度高，淬火层为细针状马氏体，激光加热区与基体的过渡层很窄，不影响处理部位以外的基体组织和性能。
淬火层具有很高硬度的同时又具有一定的韧性，这是其它表面热处理方式很难实现的，得到了耐磨性与韧性的完美结合。
5.由于激光表面处理的加热和冷却速度比较快，热影响区很小，所以激光热处理前后工件的变形几乎可以忽略，适合高精度要求的零件表面处理。
6.激光相变硬化的硬度一般要比常规淬火方法得到的高15%左右。
江苏中科四象激光科技有限公司地处于江苏省丹阳市高新技术园区，是国内第一家专业从事高功率全固态激光器研发、生产和销售的高新技术企业。
公司由中科院半导体研究所和江苏天坤集团有限公司共同注资一亿元人民币于2010年9月组建成立，主要产品有高功率全固态激光器、激光焊接、激光熔覆等成套激光加工设备。
公司致力于争创国际一流品牌，生产一流产品,提供一流服务，产品主要应用于汽车、船舶以及航空航天等领域零部件的焊接和大型风机轴承等重型零部件的表面热处理（激光淬火）以及修复（熔覆）表面强化等工艺中。
激光热处理原理及应用
激光热处理原理及应用激光热处理（Laser heat treatment）是利用激光器产生的高能量、高密度的激光束对材料进行加热处理的一种表面强化技术。
它通过瞬间的激光照射，使材料表面局部区域迅速加热到很高的温度，然后通过传热作用将高温局部含能量较高的物质重新排序，从而改变材料的微观结构和性能。
激光热处理的原理主要包括吸收过程、传热过程和相变过程三个方面。
首先是吸收过程。
激光束照射到材料表面时，会引起表面的光源吸收，激光能量被转化为热能。
此过程与激光在材料中的反射、散射以及折射有关。
材料的吸收率与其波长、光束形状、入射角度、材料本身的吸收特性等因素都有关系。
其次是传热过程。
激光光束在材料表面产生的热能会通过传热方式向材料内部传导，使得局部区域温度升高。
传热方式包括传导、对流和辐射三种形式。
当激光能量较大时，传热速度远远大于材料的热损失速率，就会导致局部区域温度升高。
最后是相变过程。
当局部区域温度达到材料的熔点或显著高于材料的临界温度时，相变就会发生。
相变过程包括熔化、淬火和回火等，由于瞬时的高温和快速的冷却速率，可以改变材料的晶体结构、显微组织和力学性能。
激光热处理技术广泛应用于金属、陶瓷、半导体等领域。
其中，金属材料是应用最广泛的对象。
在金属材料领域，激光热处理可以实现以下几个方面的应用。
首先，激光热处理可以改善金属材料的硬度和耐磨性。
通过瞬时的高温和快速的冷却，可以使金属材料的晶粒细化，减少缺陷和夹杂物的数量，从而显著提高材料的硬度和耐磨性。
其次，激光热处理可以改善金属材料的抗腐蚀性能。
通过调控激光加工参数和选择合适的加工介质，可以在金属表面形成致密的氧化膜或硬化层，提高金属材料的抗腐蚀性能。
再次，激光热处理可以改善金属材料的疲劳性能。
通过激光热处理抑制晶界腐蚀、消除内应力和缺陷，可以提高金属材料的疲劳寿命，延缓疲劳裂纹的扩展。
此外，激光热处理还可以修复金属材料的损伤。
通过局部加热和快速冷却，可以消除材料中的应力和缺陷，使损伤区域重新呈现良好的性能。
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4、加工柔性好，适用面广。利用灵活 的导光系统可随意将激光导向处理部分，从 而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等， 可进行选择性的局部处理。
对于大面积扫描，因激光光斑面积 小，必须采用多次搭接技术或大面积光 斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多 次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处 存在一个区域。因此其显微硬度是波动 的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一 种宏观的周期性性能变化。对大面积光 斑技术，当输出功率一定时，光斑面积 越大，功率密集越低，增大光束直径可 能消弱激光的高能密度和超快速加热优 势。
激光表面处理技术包括：激光相变技术、激光熔
覆技术、激光合金化技术、激光表面复合处理技 术
1、 激光表面淬火 （1）激光表面淬火的原理 应用激光将金属材料表面加热到相变点以上,随着 材料自身冷却,奥氏体转变成马氏体,使材料表面硬 化,同时硬化层内残留有相当大的压应力,从而增加 了表面的疲劳强度。利用这一特点对零件表面实 施激光淬火,则可以大大提高材料的耐磨性和抗疲 劳性能。
激光热处理技术与其它热处理如高频淬
火、渗碳、渗氮等传统工艺相比,具有以下特 点:
1、无需使用外加材料，仅改变被处理材 料表面的组织结构。处理后的改性层具有足够 的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.10.8mm 。
3、被处理件变形极小，由于激光功率 密度高，与零件的作用时间很短（10-2-10 秒），故零件的热变形区和整体变化都很小。 故适合于高精度零件处理，作为材料和零件 的最后处理工序。
三、激光热处理的应用
几乎一切金属表面热处理都可以应用。 目前应用比较多的有汽车、冶金，以及航天、航空等高科技产品。
1、汽车行业
激光热处理在汽车行业应用极为广泛， 在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲 轴等几乎都可以采用激光热处理。例如：美 国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理 在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键 件上，CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬 化，日产3万套，提高工效四倍。
（2）激光表面淬火的特点 最新研究成果表明,如果在工件承受压力的情 况下实施激光表面淬火,淬火后撤去外力,则 可以进一步增大残留的压应力,并可大幅度提
高工件的抗压和抗疲劳强度。由于激光表面 淬火速度快,进入工件材料内部的热量少,由 此带来热变形少(变形量为高频淬火的 1/3~1/10)。
因此,可以减少后道工序(矫正或磨制)的 工作量,降低工件的制造成本。此外该工 艺为自冷却方式,无需淬火液,是一种清洁 卫生的热处理方法;而且便于用同一激光
激光加热具有极高的功率密度，即激光的
照射区域的单位面积上集中极高的功率。由于 功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量 传走，使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏 体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因 为快速加热时工件基本大体积中仍保持较低的 温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导 迅速冷却，从而实现淬火等热处理效果。
2、大型机车制造业
激光热处理在大型机车制造业已被采用， 大大提高了机车寿命，主要是机车大型曲轴的 激光热处理和机车柴油机缸套和机车主簧片的 激光热处理。它们的模具制造工艺复杂，精度 要求高，形状各异，应用广泛，但往往因模具 的寿命短而加大了成本，返修也很困难。用激 光对模具表面进行热处理，已逐渐被认识和被 采用，可成倍的提高模具的寿命，又不受形状 和尺寸的限制。
激光熔覆技术
二、激光热处理的优缺点
激光热处理是利用高功率密度的激光束对 金属进行表面处理的方法，它可以对金属实现 相变硬化（或称作表面淬火）、表面合金化等 表面改性处理，产生用其大表面淬火达不到的 表面成分、组织、性能的改变。铸铁表面硬度 可以达到HRC（洛式硬度）60度以上，中碳及 高碳的碳钢，表面硬度可达HRC70度以上，从 而提高起抗磨性，抗疲劳，耐腐蚀，抗氧化等 性能,延长其使用寿命。
加工系统实现复合加工。因此可直接将 激光淬火供需安排在生产线上,以实现自 动化生产。又由于该工艺为非接触式,因 此可用于窄小的沟槽和底面的表面淬火。
（3）激光表面淬火的应用 激光淬火由于以上优点而得到较为广泛的 应用。发动机缸体表面淬火,可使缸体耐 磨性提高3倍以上;热轧钢板剪切机刃口淬 火,与同等未处理的刃口相比寿命提高了 一倍左右;而且激光表面淬火还应用在机 床导轨淬火、齿轮齿面淬火、发动机曲轴 的曲颈和凸轮部位局部淬火以及各种工具 刃口激光淬火。
激光热处理
一、激光热处理原理 二、激光热处理优点 三、应用实例
一、原理
激光热处理是一种表面热处理技术。即 利用激光加热金属材料表面实现表面热处 理。强激光照射金属表面时，若克服高反 射，大部分透入金属表面被吸收。激发态 的电子与晶格或其它电子碰撞，将金属表 面局部的热量迅速向内部传递，形成极高 的冷却速度，使其表面硬化。