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(shù)有著極大的技術(shù)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(shù)。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(zhuǎn)變，使工件表層實現(xiàn)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。

　?。?）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小。

　?。?）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。

　?。?）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(shù)的選擇

　　影響激光淬火質(zhì)量的工藝參數(shù)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(zhì)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(guān)系有以下幾點：

　?。?）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(nèi)，功率密度的增加、掃描速度減小、將使模具的硬化層深度、硬度及硬化層表面粗糙度增加。如果功率過大，掃描速度太慢，即比功率太大，超出上述范圍，會造成工件表面熔化、燒損；反之，硬度和硬化層深度會達不到技術(shù)要求。

　?。?）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(jù)設備的實際情況調(diào)整到最佳狀態(tài)，以保證硬化層的均勻性。

　?。?）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(chǎn)完成后均需對拉深模進行大面積推磨，現(xiàn)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(jié)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(shù)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(jié)構(gòu)致密。

　?。?）由于激光束的高能密度所產(chǎn)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，引起的變形小。激光熔覆可以有效地修補裂痕、崩角以及磨損的密封邊。

　　（3）激光束的功率、位置和形狀等能夠精確控制，易實現(xiàn)選區(qū)甚至微區(qū)熔覆修復。

　?。?）熔覆層的稀釋率小，可精確控制，熔覆層成分具有可設計性。

　?。?）無接觸型處理，能實現(xiàn)自動化和柔性加工。

　　2.工藝參數(shù)的選擇

　　影響激光熔覆質(zhì)量的工藝參數(shù)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(zhì)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(guān)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(shù)。激光熔覆所需的比功率E為103～105W/cm2·s。功率密度的增加、掃描速度減小、熔覆層平整度增加、開裂傾向減少。但功率過大，掃描速度太慢，會造成熔覆層合金燒損，稀釋率增加，熱影響區(qū)增大。

　?。?）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。

　?。?）被熔覆材料化學成分對熔覆層質(zhì)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，開裂傾向小。硅、硼含量高，熔覆層平整度高。