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一种基于扫描光学的激光硬化钢材技术

导读: 巴斯克大学(UPV/EHU)高性能制造研究组对一项创新性技术进行了研究和微调从而得出了这一套工艺。它涉及了激光的使用,但是不同于传统的系统,其使用的是扫描光学,这使得其能在所处理的零件厚度上具有很大的适应度。

硬化是施加在钢件上的一种表面热处理,其能大大增强钢件的硬度。巴斯克大学(UPV/EHU)高性能制造研究组对一项创新性技术进行了研究和微调从而得出了这一套工艺。它涉及了激光的使用,但是不同于传统的系统,其使用的是扫描光学,这使得其能在所处理的零件厚度上具有很大的适应度。

钢的硬度可以通过硬化来实现,这对于需要高耐磨性的钢件如钢板冲压模具来说至关重要。首先进行一个高达800-1000oC的加热过程,然后进行快速的冷却。这会使得钢的结构发生变化。

如果硬化使用激光来进行,因为它是一个高度局域化的热源,它会使得只有表面会被硬化,而将零件的核心保留在它们的原始状态;“从而使得零件不那么脆,而且由于作用在上面的热比较少,零件的扭曲也会小得多。最后,热的作用会使零件变形,这意味着最后它必须用其他的方法来进行表面处理,”Aitzol Lamikiz解释说,他是巴斯克大学机械工程系教授以及执行这项研究的高性能制造研究组的成员。在工业中,激光硬化工艺从2000年开始就已被使用。然而,根据Lamikiz说,它有一个局限性:“激光以一个恒定的带宽扫描,因而最后得到的硬化区的厚度也是恒定的。”

激光硬化——一种越来越灵活的硬化钢材的技术

利用扫描光学来进行激光硬化的试验零件。

为了使这项技术更灵活,巴斯克大学的这个研究小组决定评估一下在该工艺过程中采用移动的扫描光学的可行性。他们所使用的光学系统(检流计扫描仪)所起的作用是以一个很快的速度移动一个非常小的激光器,逐线扫描表面。这样,硬化宽度可以简单地通过改变程序参数来调整。通过将该硬化过程与刷墙相类比,Lamikiz解释说,传统的激光硬化“就像是用一个滚筒来刷墙,所以其所刷的宽度对应于滚筒的宽度。相反,在这种新技术中,我们用具有最细笔尖的记号笔代替了滚筒。”

在进行的实验中,他们发现的第一件事是:“使用这种技术来进行硬化是可能的。然后,我们逐渐看到了热处理的结果是怎么随着激光运动速度、所使用的功率等的不同而发生改变的,根据我们的测试,当激光移动速度非常快的时候,其结果类似于传统的工艺,”他说。

充满前景的结果

为了探索进一步使用这种方法的可能性,巴斯克大学机械工程系与巴斯克自治区以及意大利Piedmont的公司一起合作进行了一个名为Hardlas的项目来测试这个工艺能在多大程度上可行。“我们可以说,这个项目是成功的,因为我们看到它是可行的,可以转移到工业上,”该研究人员说。

虽然他们已经测试了该工艺过程的可行性,但若要达到工业生产的水平仍需要进行几个步骤。他们遇到的主要困难之一是控制该过程:“使被处理的材料达到所需要的温度从而使热处理得以发生很重要,但是温度也不能超了,否则我们会使材料融化。在我们的工艺过程中,由于激光是不断移动,控制起来要复杂得多,”Lamikiz解释说。另一方面,测试是“在高校用的实验室设备上进行的。而要在工业规模上使用该工艺过程,用更强大的,不同的激光器来在不同的材料上进行测试非常重要,等等”他补充说。

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