【正文】 間接的由外加電磁感應(yīng)線圈在工件中產(chǎn)生的感應(yīng)電流進(jìn)行加熱，這種技術(shù)也有許多不足之處。例如 ： 對工件材質(zhì)有一定的要求 ； 3 局部溫度控制比較困難，尤其是有銳邊或厚度不均的零件更是如此 ； 由于感應(yīng)加熱效果取決于在具體工件上的感應(yīng)電流。因此，某些工件由于它們的幾何形狀而不能有效加熱，如 ： 內(nèi)孔表面等 ； 而且不同形狀或尺寸的工件都需 要各自特殊設(shè)計的感應(yīng)圈，以使感應(yīng)加熱工藝最優(yōu)化，當(dāng)生產(chǎn)批量不大或工件尺寸很大時，這些特殊感應(yīng)線圈設(shè)計、制造和使用的費(fèi)用也是難以承受的。 激光表面淬火，是利用激光來處理技術(shù)表面。激光器的出現(xiàn)為表面強(qiáng)化處理提供了一種新型能源。上世紀(jì) 70 年代開始發(fā)現(xiàn)激光輻照金屬能改變表面層的微觀結(jié)構(gòu)，并能提高金屬表面的硬度、耐磨性和抗腐蝕性?，F(xiàn)在激光表面處理己作為機(jī)械 零件表面強(qiáng)化的重要手段被廣泛研究和應(yīng)用 。激光表面改性處理已成為當(dāng)前最引人注目的表面強(qiáng)化處理技術(shù)之一，也是未來工業(yè)應(yīng)用潛力最大的表面改性技術(shù)之一，具有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效 益，廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、電器、兵器和汽車等制造行業(yè)，利用激光處理技術(shù)在一些表面性能差和價格便宜的基體金屬表面上能制出耐磨，耐蝕和耐高溫的表面合金層，用于取代昂貴的整體合金，節(jié)約貴重金屬和戰(zhàn)略材料，使廉價材料獲得應(yīng)用，從而大幅度降低成本。另外，還可以用來研制新材料和代用材料，制造出在性能上與傳統(tǒng)冶金方法根本不同的表面合金，應(yīng)用在太空，高溫和化學(xué)腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境條件下工作的機(jī)械零件上，如軸承、氣缸、襯套、活塞環(huán)、凸輪和傳動機(jī)構(gòu)等。目前，美國正在研究用激光淬火處理硬化飛機(jī)的重載齒輪的技術(shù)，該技術(shù)不需要研磨工 藝，可以大大降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。另外，采用激光硬化處理的飛機(jī)發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)壁比氮化處理的效率要快 14倍，且所得到的硬化層比經(jīng)過 10～ 20小時氮化處理的硬化層還厚，質(zhì)量優(yōu)良，幾乎無變形，耐磨性顯著改善。 等離子弧表面淬火，是應(yīng)用等離子束將金屬材料表面加熱到相變點(diǎn)以上，隨著材料自身的冷卻，奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，在表面形成由超細(xì)化馬氏體組成的硬化帶，具有比常規(guī)淬火更高的表面硬度和強(qiáng)化效應(yīng)。同時硬化層內(nèi)殘留有相當(dāng)大的壓應(yīng)力，從而增加了表面的疲勞強(qiáng)度。利用這一特點(diǎn)對零件表面實(shí)施等離子淬火，可以提高材料的耐磨性和抗疲 勞性能。而且，由于等離子表面淬火速度快，進(jìn)入工件內(nèi)部的熱量少，由此帶來的熱畸變小 (畸變量為高頻淬火的 1/3～1/10)。因此，可以減少后道工序 (矯正或磨制 )的工作量，降低工件的制造成本。另外該工藝為自冷卻方式，是一種清潔衛(wèi)生的熱處理方法。此外對于解決引進(jìn)設(shè)備零部件修復(fù)及國產(chǎn)化問題，支持高技術(shù)和新技術(shù)發(fā)展以及節(jié)約材料，節(jié)約能源 4 等各方面都具有十分重要的意義。所以，近年來，各種各樣的表面技術(shù)的研究與開發(fā)異常活躍，發(fā)展非常迅速，在科技界成為一個令人矚目的新興領(lǐng)域。等離子弧表面淬火可用于用常規(guī)硬化方法不能處理、或者幾 乎不可能處理到的表面如 ：絲杠螺紋部分、齒輪和齒條的齒部、凸輪和靠模的工作面以及許多零件的各種槽、溝、孔的局部硬化處理。對于表面積很大的工件導(dǎo)軌、主軸、轉(zhuǎn)軸、軸、桿等而言，運(yùn)用等離子弧表面淬火來獲得連續(xù)的硬化層也頗有前途。 激光表面淬火技術(shù)和等離子表面淬火技術(shù)均是高能量密度熱源表面熱處理。所謂高能量密度熱源表面熱處理，是對工件表面施加非常高的能量密度，在很短的時間內(nèi)，將工件表層加熱到相變溫度以上，熔融狀態(tài)以下，然后靠工件自身冷卻，實(shí)現(xiàn)表面硬化，以提高表面耐磨性和耐腐蝕性 [6]。所以高能量表面熱處理具有以下特點(diǎn) ： l)高能量密度熱源作用在材料表面上的功率密度高，作用時間極其短暫，即加熱速度快，冷卻速度快，處理效率高。 2)進(jìn)行處理的面積可根據(jù)需要任意選擇，并且能量的作用被集中在一定的范圍和深度，應(yīng)此，加熱作用僅發(fā)生在表面和一個深度不大的表面層，故能量的利用率高，很好的節(jié)能效果。 3)其熱處理過程是靠工件自身冷卻，不需要任何冷卻介質(zhì)。應(yīng)此處理環(huán)境清潔，無污染。 4)高能量密度加熱的可控性能好，通過磁場或電場信號對激光束，電子束，離子術(shù)的強(qiáng)度，位置聚焦等參數(shù)可用計算機(jī)精確控制，便于實(shí)現(xiàn)自動處理。 所以隨著高密度能源的 普及，像火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火那樣的低密度能源表面熱處理將逐漸被等離子表面淬火和激光表面淬火所取代。同樣作為高密度能源表面熱處理，等離子弧熱源是僅次于激光熱源的高能量密度熱源，用等離子弧熱源進(jìn)行表面淬火具有與激光淬火相同的一些優(yōu)點(diǎn)，更具有激光淬火無法比擬的顯著優(yōu)點(diǎn) ： l)等離子弧表面淬火設(shè)備只需在普通應(yīng)用的等離子弧發(fā)生器的基礎(chǔ)上作些改進(jìn)即可實(shí)現(xiàn)表面淬火要求，在技術(shù)上、制造上都很容易實(shí)現(xiàn)。而目前國內(nèi)只能生產(chǎn)功率較低的激光表面淬火設(shè)備，限制了激光表面淬火技術(shù)的應(yīng)用范圍。 2)在激光淬火前，工件需進(jìn)行 磷化 (即黑化 )處理，以提高光的吸收系數(shù)，這 樣就增加了淬火工序，并且，黑化質(zhì)量對激光熱處理的效果影響很大，而等離子 5 表面淬火不需類似的工序即可完成。 3)由于技術(shù)和設(shè)備的原因，目前激光器的工業(yè)效率 (即電光能量轉(zhuǎn)換效率 )很低，不超過 15%，而等離子弧表面淬火設(shè)備的熱效率要高出許多。 4)激光表面淬火設(shè)備的價格昂貴，體積龐大，對操作人員的技術(shù)要求高，造成安裝場地要求高，生產(chǎn)成本高，而等離子弧表面淬火設(shè)備價格便宜，體積小，降低了生產(chǎn)成本。 5)由于激光設(shè)備的原因，激光淬火在內(nèi)孔表面等部位的淬火長度受到限制，等離子弧 表面淬火通過采用合適的工裝，可以實(shí)現(xiàn)對深孔表面強(qiáng)化。 當(dāng)然，等離子弧表面淬火也存在一些不足。等離子弧表面淬火控制參數(shù)眾多，對實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的淬火工藝增加了難度。等離子弧表面淬火對于工件的小的局部，窄的溝、槽等表面實(shí)現(xiàn)比較困難，而且，硬化層深度較淺，有一定的應(yīng)用限制。 3 等離子體 表面 淬火技術(shù) 完全電離或部分電離的氣體，是由帶電粒子 (自由電子、正負(fù)離子 )、中性粒子 (中性分子或原子 )和由于碰撞產(chǎn)生的分子碎片組成的。在整體上呈現(xiàn)為近似電中性的電離的氣體物質(zhì)，被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。適應(yīng)一般氣體定律，但與一般氣體有很大差別，通常氣體中的離子作雜亂無章的熱運(yùn)動，而等離子除熱運(yùn)動外，還會產(chǎn)生等離子震蕩，在外場中產(chǎn)生輻射等。當(dāng)粒子的平均動能大于電離能時，在軌道上運(yùn)動的束縛態(tài)的電子就能脫離原子或分子而成為自由電子，從而形成物質(zhì)的第四態(tài)，即等離子體。當(dāng)工作時，在陰極和陽極之間加一高頻高壓電，使其間的氣體介質(zhì)電離形成電弧，此電弧柱在經(jīng)過細(xì)孔道的噴嘴時被強(qiáng)迫縮小，這種作用稱為“機(jī)械壓縮”。同時通過的高壓氣體介質(zhì)均勻地包圍