【正文】 鐵領(lǐng)域的研究歷史基本與世界發(fā)達(dá)國(guó)家同步，研究成果也處于世界較高水平，為球墨鑄鐵的研究、發(fā)展和應(yīng)用做出了巨大貢獻(xiàn)。之后以陳希圣教授為代表的一批學(xué)者分別開(kāi)展了石墨形貌、球化理論和球墨鑄鐵性能這一系列的深入研究。 球墨鑄鐵的分類根據(jù)球墨鑄鐵的基體組織，可將其分為四大類[12]：鐵素體球墨鑄鐵、珠光體球墨鑄鐵、混合基球墨鑄鐵和等溫淬火球墨鑄鐵?？赏ㄟ^(guò)正火處理獲得，擁有較高的硬度，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度在鑄鐵中球墨鑄鐵中首屈一指，缺點(diǎn)是伸長(zhǎng)率較低。一些受力較大而又要求耐沖擊的零件上應(yīng)用較多，比如汽車底盤、農(nóng)機(jī)部件。擁有不錯(cuò)的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，吸震性好。球墨鑄鐵的組織為金屬基體和分布其中的球狀石墨，其中石墨球的體積一般約占全部體積的10%左右。 常用球墨鑄鐵的牌號(hào)其主要基體組織和機(jī)械性能牌號(hào)主要基體組織屈服強(qiáng)度（MPa）≧抗拉強(qiáng)度（MPa）≧布氏硬度（HBW）伸長(zhǎng)率（%）≧QT35022L鐵素體220350≦16022QT35022R鐵素體220350≦16022QT35022鐵素體220350≦16022QT40018L鐵素體24040012017518QT40018R鐵素體25040012017518QT40018鐵素體25040012017518QT40015鐵素體25040012018015QT45010鐵素體30045016021010QT5007鐵素體+珠光體3205001702307QT5005鐵素體+珠光體3505501802505QT6003珠光體+鐵素體3706001902703QT7002珠光體4207002253052 球狀石墨形貌一般情況下，球墨鑄鐵的常規(guī)基體組織為鐵素體+珠光體的混合組織，很少為單一的基體組織形態(tài)。 鐵素體組織金相照片在實(shí)際生產(chǎn)條件下，由于極低的碳當(dāng)量、孕育不充分或其他影響因素，基體組織中會(huì)有共晶滲碳體出現(xiàn)。 球墨鑄鐵的機(jī)械性能球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)1500 MPa以上，伸長(zhǎng)率從1%到20%不等，屈服強(qiáng)度最高為600 MPa、抗壓強(qiáng)度能達(dá)到1400 MPa。 球墨鑄鐵與其他鋼鐵材料機(jī)械性能的對(duì)比材料種類抗拉強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）彎曲疲勞（MPa）彎曲沖擊值（MPa）延伸率（%）硬度（HB）鑄態(tài)球鐵500160040060085012502503003516220280退火球鐵40055035045015020055824140180灰鐵（片狀石墨）2209001000501005180高級(jí)鑄鐵（細(xì)片狀石墨）30045010001400515225可鍛鑄鐵（團(tuán)絮狀石墨）37060019031035060014020050170210110150鑄鋼（正火）380600180280350550130150400200820140170結(jié)構(gòu)鋼（）52064034038060030032050200182214017040Cr85011006507003403808013082024029018CrMoTi10001200800950550801501017310350從耐磨性上來(lái)說(shuō)，球墨鑄鐵是一種良好的耐磨和減磨材料。球墨鑄鐵優(yōu)良的耐磨性使其適合用來(lái)制造對(duì)耐磨性要求較高的鑄件，如一些小功率內(nèi)燃機(jī)的曲軸、齒輪等，相比于用45號(hào)正火鍛鋼制造的鑄件，用球墨鑄鐵制造的在耐磨性下強(qiáng)上許多；用球墨鑄鐵代替空壓機(jī)內(nèi)的鋁合金，兩者的使用壽命基本相同，但價(jià)格卻下降很多，存在很明顯的經(jīng)濟(jì)效益。由于石墨的存在，鑄鐵的氧化過(guò)程同鋼相比是一個(gè)更加復(fù)雜的過(guò)程。該涂層既能增強(qiáng)材料表面的機(jī)械性能，對(duì)材料本身的性能又不會(huì)造成影響，而且對(duì)于尺寸不大、擁有特殊幾何形狀零件，如果使用其它的涂層方式，很容易對(duì)零件的尺寸形狀造成影響，然而采用激光表明熔凝處理技術(shù)對(duì)零件幾乎不會(huì)有尺寸上的變化，這一些列優(yōu)點(diǎn)使得激光表面熔凝技術(shù)相比傳統(tǒng)的涂層加工技術(shù)擁有更大的優(yōu)勢(shì)[25]。激光硬化的主要優(yōu)勢(shì)有：①加工過(guò)程一般不需要使用外部冷卻液②容易實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程監(jiān)控和控制③被加工的零件產(chǎn)生的形變較?、苋菀着c柔性較高的自動(dòng)化過(guò)程集成⑤對(duì)零件的部分表面進(jìn)行硬化以及形成硬化花樣（3）激光熔覆激光熔覆是利用高能密度的激光束，將通過(guò)輸送裝置的金屬粉末或事先預(yù)置于基體上的涂層熔化，在基體上形成熔池，在光束通過(guò)后，熔化金屬( 包括涂層材料和部分基體材料) 快速凝固后與基體進(jìn)行冶金結(jié)合，形成單道熔覆，并通過(guò)多道搭接，在基體上建立一定體積范圍的熔覆層。（4）納米復(fù)合涂層處理納米復(fù)合涂層處理是在在球墨鑄鐵件表面涂覆一層含有納米材料的復(fù)合涂層，復(fù)合涂層具有較強(qiáng)的耐磨性和潤(rùn)滑性，同時(shí)還具有高韌性、高熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性，而且由于涂層為多層復(fù)合，也就使得涂層與基體間具有良好的結(jié)合力，大大提升了零件的疲勞抗力，還能使球墨鑄鐵件表面同時(shí)具有復(fù)合涂層的力學(xué)性能與納米材料的優(yōu)異特性，也大大延長(zhǎng)了零件的使用壽命。通過(guò)對(duì)金屬表面進(jìn)行激光改性技術(shù)，對(duì)于材料表面的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性和耐高溫性等，都有顯著提高，因此材料表面改性技術(shù)能大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，極大延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，降低產(chǎn)品的成本，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，再加上激光器本身所具有的發(fā)展?jié)摿Γ乖摷夹g(shù)發(fā)展成為“光加工”時(shí)代的標(biāo)志性技術(shù)[26]。 激光表面改性處理方法分類當(dāng)前，激光表面重熔技術(shù)是一項(xiàng)已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)。使金屬表面有一層擁有高硬度、韌性好、耐高溫、高耐磨性、高抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的涂層。⑶相比與熱噴涂、等離子體噴涂等噴涂技術(shù)，激光重熔技術(shù)在加工過(guò)程中大大降低了噪音污染，制備出的涂層孔隙率低，而且對(duì)于基底的影響較小，幾乎不影響基體的組織。因此適用于各種復(fù)雜類型零部件。而這些工藝參數(shù)之間的差異不僅決定熔凝層的深度，而且還影響加熱、冷卻和凝固速度。它不光是對(duì)表面形貌的顯微起伏影響最大的因素，同時(shí)，它也影響著激光重熔區(qū)的熔池深度和重熔過(guò)程中微觀組織的變化。當(dāng)其余工藝參數(shù)恒定時(shí)，掃描速度越快，激光束在材料表面的作用時(shí)間就越短，從而使材料表面吸收的熱量越少，溫度越低，得到的重熔層面積與深度都越小。激光重熔試驗(yàn)時(shí)，選擇合適的工藝參數(shù)是一個(gè)既復(fù)雜又重要的過(guò)程，這一過(guò)程需要經(jīng)過(guò)多方面的研究與討論。過(guò)去的數(shù)十年中，激光重熔一直作為激光熔覆的附庸，作為激光熔覆技術(shù)的一種，直到現(xiàn)在，大量的有關(guān)激光技術(shù)的書(shū)籍中也很少有激光重熔這個(gè)概念，大多都被稱為預(yù)置式的激光熔覆。（2）激光器的工藝穩(wěn)定性目前激光器雖然技術(shù)已經(jīng)趨向成熟，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍存在部分問(wèn)題，例如激光器輸出功率不穩(wěn)定、多道搭接中任兩道重熔間隔時(shí)間不易控制、工作臺(tái)操作比較麻煩，以及光斑直徑的測(cè)量存在一定的偶然性等問(wèn)題[3334]。而且以鑄鐵所擁有的強(qiáng)度與韌性都能夠滿足凸輪軸的技術(shù)要求，但是在單個(gè)的凸輪與凸輪副的接觸中，會(huì)有較大的摩擦，這就需要鑄件表面要有較強(qiáng)的耐磨性。 實(shí)驗(yàn)的目的和意義當(dāng)前球墨鑄鐵雖然由于自身良好的機(jī)械性能，其應(yīng)用范圍已經(jīng)十分廣泛，但由于許多領(lǐng)域都要求工件表面要具有高硬度、耐磨性、耐高溫等性能，如一些閥門的閥座、大型機(jī)床的導(dǎo)軌等，這些要求一定程度上限制了球墨鑄鐵的應(yīng)用范圍。很快形成的等離子區(qū)域?qū)⒉牧纤查g加熱到800012000 ℃，使得材料汽化，形成一個(gè)氣泡，引起其內(nèi)爆，從而產(chǎn)生動(dòng)力把液化的從而實(shí)現(xiàn)切割。用線切割機(jī)將鑄鐵棒材切割為直徑50 mm、厚度10 mm的片狀。其中增益介質(zhì)的作用是產(chǎn)生光子，光學(xué)諧振腔會(huì)對(duì)光子進(jìn)行反饋并使光子在增益介質(zhì)中進(jìn)行諧振放大，泵浦源的功能則是對(duì)光躍遷進(jìn)行激勵(lì)作用，光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)與固體激光器幾乎一致[39]。光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)：（1） 相比于其他激光器龐大的體積，光纖激光器可以稱得上使小巧玲瓏，非常輕便。激光重熔過(guò)程中，為了保護(hù)熔池不與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從側(cè)面向熔池吹送惰性氣體氬氣。粗磨是一個(gè)非常必要的過(guò)程，一方面能夠去除樣品表面不必要的部分，如氧化層，臟物等，保證得到想要的金相觀察的部分，另外也未后續(xù)的細(xì)磨奠定了基礎(chǔ)，很大程度上使得樣品表面更加平整和光滑，基本去除較大的劃痕等不必要的痕跡，減少表面損傷。在細(xì)磨過(guò)程中，需要掌握一定的要點(diǎn)才能得到理想的光滑表面。（3）拋光：拋光的目的是為了得到更加光亮的表面，基本使其偉鏡面，基本消除了劃痕等，以便進(jìn)行后續(xù)的金相觀察等。 μm的金剛石拋光劑，拋光機(jī)轉(zhuǎn)速為250300 r/min。 宏觀形貌與顯微組織分析用VHX600K型超景深三維數(shù)碼顯微分析儀，對(duì)三個(gè)樣品的重熔層、熱影響區(qū)、基體的組織形貌進(jìn)行觀察，拍攝。顯微硬度的測(cè)量原理是用一個(gè)極小的金剛石錐體，在一定的載荷下，再經(jīng)過(guò)一定的保荷時(shí)間，將金剛石錐體壓進(jìn)樣品表面，卸除載荷，然后通過(guò)光學(xué)放大，測(cè)定在一定負(fù)荷下，由金剛石角錐體壓頭壓入被測(cè)物后所殘留的壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度和負(fù)荷，測(cè)量出樣品的硬度。3 結(jié)果與分析 激光重熔顯微組織金相分析：經(jīng)激光重熔工藝處理后，材料表面形成了半橢圓形的區(qū)域。 mm， mm， mm。三張圖的觀察與比較，我們發(fā)現(xiàn)：在光斑直徑為、掃描速度、離焦量等工藝參數(shù)恒定，激光功率分別為1500 W、2000 W和2500 W時(shí)，通過(guò)對(duì)重熔層深度的測(cè)量，激光功率越高，溫度越高，基體組織熔化越多，熔池越大，珠光體球墨鑄鐵重熔層的深度越深。 W時(shí)，放大1000倍下球墨鑄鐵重熔層組織形貌，熔池區(qū)中存在大量的魚(yú)骨狀萊氏體組織 （也叫樹(shù)枝晶），且組織生長(zhǎng)方向垂直于熔池區(qū)的曲面?？梢杂^察到熱影響區(qū)中存在著滲碳體、鐵素體、萊氏體、未熔解的石墨和針狀馬氏體等組織。因此熱影響區(qū)也能分為淬火區(qū)、部分淬火區(qū)和回火區(qū)。 W時(shí)，球墨鑄鐵激光重熔區(qū)橫截面在1000倍下的微觀組織形貌， W時(shí)，球墨鑄鐵激光重熔區(qū)橫截面在1000倍下的微觀組織形貌， W時(shí)，球墨鑄鐵激光重熔區(qū)橫截面在1000倍下的宏觀形貌。 激光功率為2500 W時(shí)試樣橫截面的組織形貌 100 1000 激光功率為2500 W時(shí)熱影響區(qū)組織形貌 1000 激光描功率為2500W時(shí)的基底組織形貌 1000 激光功率為1500 W時(shí)的重熔層組織形貌 1000 激光描功率為2000 W時(shí)的重熔層組織形貌 1000 激光描功率為2500 W時(shí)的重熔層組織形貌 1000 硬度