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(qiáng)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(qiáng)度和高溫性能；同時(shí)可使零件心部仍保持較好的韌性，使零件的機(jī)械性能具有耐磨性好、沖擊韌性高、疲勞強(qiáng)度高的特點(diǎn)。激光硬化可以大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量，成倍地延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(shí)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(lái)看，激光硬化處理工藝是一種具有很多特點(diǎn)的表面硬化處理新工藝。其主要特點(diǎn)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(xì)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(duì)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(jìn)行局部硬化處理。同時(shí)，也可以根據(jù)需要在同一零件的不同部位進(jìn)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(guò)程易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)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(wú)需冷卻介質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。 二、激光與材料相互作用的物理過(guò)程。 激光硬化時(shí)，激光與材料的相互作用可根據(jù)激光輻照作用的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間分為幾個(gè)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_(dá)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(cuò)，最終達(dá)到硬化效果。 激光與材料相互作用的物理過(guò)程中，會(huì)發(fā)生幾個(gè)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(shí)間很短，同時(shí)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?cái)U(kuò)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(guò)熱度造成相變驅(qū)動(dòng)力很大，使奧氏體的形核數(shù)目增多，短時(shí)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(shí)，瞬間加熱后的急冷使得超細(xì)晶奧氏體來(lái)不及長(zhǎng)大，因而激光相變的產(chǎn)物必將獲得超細(xì)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(xì)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(cuò)密度相當(dāng)高，且隨著功率密度的增加，平均錯(cuò)位密度也增加，板條馬氏體為位錯(cuò)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(lái)不及擴(kuò)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(guò)程中，金屬材料的含碳量及合金元素對(duì)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(guò)臨界冷卻速度所形成的馬氏體組織能夠達(dá)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(shuō)，它決定于淬火加熱時(shí)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(guò)程中主要對(duì)淬硬層深度影響較大，并對(duì)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(shí)，均使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線向右移動(dòng)，增大了奧氏體的穩(wěn)定性而減小臨界冷卻速度，特別是當(dāng)碳含量不高時(shí)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(zhǎng)大速度減低。在常用的合金元素中，對(duì)降低臨界冷卻速度從而使鋼容易淬火的影響來(lái)說(shuō)，以錳為最強(qiáng)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(dāng)同時(shí)加入數(shù)種合金元素時(shí)，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(guò)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(guò)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(zhǎng)、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(guò)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。