【正文】 化。 （ 6）激光硬化靠熱量由表及里的傳導(dǎo)自冷，無需冷卻介質(zhì)，對(duì)環(huán)境無污染。 （ 3）由于激光加熱速度快，因而熱 影響區(qū)小，淬火應(yīng)力及變形小。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)。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)。適用材料為中、高碳鋼，鑄鐵。特殊工件，可加工的尺寸范圍更大。 大族金石凱是高功率激光加工解決方案的專業(yè)提供商 ?，F(xiàn)在進(jìn)行激光熔凝處理的冶金行業(yè)各種材料的軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等工件，其表面粗糙度已經(jīng)接近激光淬火的水平。獲得 的熔凝淬火組織非常致密，沿深度方向的組織依次為熔化 凝固層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材。尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略，因此特別適合高精度要求的零件表面處理。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！ 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 參考文獻(xiàn) 【 1】劉志軍．繼續(xù)提速再創(chuàng)輝煌．鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)， 2021， 23(13),14 【 2】錢苗根，姚壽山，張少宗．現(xiàn)代表面技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021， 【 3】李儒茍．激光合金化工藝的研究．表面技術(shù) 199625(6)， 13 【 4】 D． S． Ganamuthu． “Applicationso n Laser materialProcessing”1979 【 5】 J． Hemande． A． Vannes Laser Surface． 1986 【 6】李言祥，沈文等，鋁表面激光熔覆陶瓷原理和工藝的研究 u= 【 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而細(xì)化了亞結(jié)構(gòu)，提高了位錯(cuò)密度，晶格中的應(yīng)力也增加了。激光對(duì)鋼和鑄鐵的硬化機(jī)制除熔化凝固和相變硬化外，還有晶粒細(xì)化和位錯(cuò)密度增加等。熔凝層與固態(tài)相變層交界處，殘留奧氏體及轉(zhuǎn)變的馬氏體含量最多，耐磨性也出現(xiàn)峰值，這是殘留奧氏體轉(zhuǎn)變對(duì)耐磨性 的貢獻(xiàn)?？梢?，硼還可使鑄鐵基體組織更加細(xì)小均勻，改善了組織的強(qiáng)度的硼化物與石墨片，二者尺寸的減小，可削弱它們對(duì)耐磨性的不利影響，使其對(duì)耐磨性有利的方面得到充分的發(fā)揮。磨損過程中，較軟的基體先受到磨損而下凹，硬質(zhì)點(diǎn)相硼化物作為第一滑動(dòng)面起支撐和骨架作用，從而減輕了基體的 磨損。影響內(nèi)燃機(jī)氣缸套磨損的因素很多，且錯(cuò)綜復(fù)雜。與此同時(shí)，殘余奧氏體獲得極高的位錯(cuò)密度，可達(dá) 1012 條／ cm2數(shù)量級(jí)。 激光淬火的熱影響區(qū)一般可分為熔 化區(qū)、相變硬化區(qū)、過渡區(qū)、高溫回火軟化區(qū)與基體五個(gè)區(qū)，當(dāng)金屬表面發(fā)生熔化時(shí)，就會(huì)使表面粗糙度增大，并可能產(chǎn)生晶粒粗大和表面拉應(yīng)力、涂層材料也會(huì)滲入金屬表層，從而影響材料的機(jī)械性能。 C)，使缸套受到交變的氣體應(yīng)力沖擊和溫度陡變，因而受到較大的交變機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。提高材料的疲勞性能的有效方法是進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。 2． 2． 1 激光淬火提高柴油機(jī)缸套的疲勞強(qiáng)度 疲勞是金屬材料在高壓或重復(fù)應(yīng)力作用下，經(jīng)多次循環(huán)而破壞的現(xiàn)象。因?yàn)橛捕戎涤?，耐磨性愈好，零件工作壽命愈長(zhǎng)。因此，“局部表層”的里面與“冷卻介質(zhì)”的基體接觸，可獲得最快的冷卻速度，而“局部表層”的表面冷卻速度最慢 (忽略表面與空氣接觸的冷卻影響 )。因而冷卻速度由表至里存在由快至慢的下降梯度，因此，表面的硬度值最高，而芯部冷卻速度慢。 激光冷卻速度對(duì)硬化層硬度分布的影響 從零件的淬火機(jī)理可知，要獲得淬火馬氏體，必須將被淬火零件加熱到相變溫度以上，然后以大于臨界冷卻速度冷卻。原 Crl2 中馬氏體針長(zhǎng)度約 6um，激光淬火后小于 2um，馬氏體明顯細(xì)化。 那么激光相變硬化所得 超高硬度的機(jī)理是：激光相變硬化處理后，由于激光淬火是急熱急冷過程，碳在奧氏體中來不及均勻化，因而馬氏體中碳含量較高，硬度也較高。表面溫度較高，而且硬化層的硬度大體上由表及里是下降的。 孟小偉：激光淬火對(duì)氣 缸套壽命的影響 8 圖 5兩種合金鑄鐵區(qū)硬度變化曲線 激光相變硬化的工藝參數(shù)的選擇對(duì)硬度也有一定影響，功率對(duì)硬度的影響有隨功 率的增大而下降但不十分明顯 。有文獻(xiàn) 認(rèn)為，對(duì)鋼來說，激光淬火的硬度主要取決于碳含量，其他合金元素幾乎沒有影響。 圖 4所 示出兩種合金鑄鐵區(qū)硬度變化曲線。常用的硬度試驗(yàn)方法有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度等，在激光硬化工藝的硬度試驗(yàn)中，常用顯微硬度法來檢測(cè)激光硬化后材料的硬度。缸套經(jīng)激光硬化、軟氮化、氣體滲氮三種不同工藝處理后的硬度硬度下降是很緩慢的。發(fā)動(dòng)機(jī)大修里程標(biāo)志著它的使用壽命，所以使用更先進(jìn)的激光強(qiáng)化技術(shù)來提高氣缸套的耐磨性和抗擦傷性，從而大大延長(zhǎng)其使用壽命，具有必要性和迫切性。假設(shè)被加熱的材料為導(dǎo)熱 性不變的半無窮大均勻平板，激光束掃描淬火是一個(gè)移動(dòng)熱源三維導(dǎo)熱問題，但由于加熱冷卻速度極快，激光束光斑相對(duì)于被掃描工件很小，因而常可以簡(jiǎn)化為半無限固體一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)進(jìn)行分析 (如圖 3)。淬火軌跡對(duì)初期磨合性能、機(jī)油消耗率及耐磨性能都有影響。 如原蘇聯(lián)交通部中央科學(xué)研究所(太古老了吧蘇聯(lián)已經(jīng)解體 20 年了 )對(duì)且 100 型機(jī)車柴油機(jī)由 207mm 鉻鎳銅氣缸套進(jìn)行激光處理，選用 900WCO?激光束，與缸套軸線 成 450 角配置寬 2． 2～ 3． 3mm、間距10mm、硬化層深度 0． 5ram 的硬化帶。 1． 3 激光淬火網(wǎng)紋 缸套進(jìn)行 淬火時(shí)，工作臺(tái)與激光束相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使激光束在缸體內(nèi)表面快速掃描，形成特定的硬化帶圖案。乙醇為溶劑，并選用少量稀土金屬氧化物為活性添加劑。選用 200300 目的精制石英粉 ，除對(duì)激光有很高的吸收率以外，在激光照射下能形成液態(tài)均勻覆蓋于金屬表面，冷卻時(shí)結(jié)成固態(tài)薄膜。另外磷化表面經(jīng)激光處理后使表面粗糙度增加 — ， 也是其缺點(diǎn)之一。 1． 2 柴油機(jī)缸套的表面預(yù)處理 磷化 通過磷化處理在工件表面形成 一 層磷酸鹽：磷酸 錳、磷酸鋅等，其中以磷酸錳最多。加工件與激光束作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行加工，因此加工的精度在很大程度上決定于工作臺(tái)的精度和激光束運(yùn)動(dòng)時(shí)可調(diào)節(jié)的精度。工作物質(zhì)溫度過高時(shí)，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害激光器的正常工作，對(duì)于連續(xù)工作方式的激光器，必須采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。準(zhǔn)分子短波長(zhǎng)易于聚焦，有良好的分辨率，可進(jìn)行精密加工，且多數(shù)材料對(duì)紫外波段的吸收率特別高，能有效地利用激光能量 。 YAG 激光能以脈沖和連續(xù)兩種方式工作，其脈沖輸出的性能指示范圍大，并可通過調(diào) Q 和鎖模技術(shù)獲得巨脈沖和超脈沖，使其范圍 比 CO?激光更大。 激光器 (1)CO?激光器 CO?激光器是激光加工中最常見的一種，和 YAG 加工一樣同為紅外不可見光，它的輸出波長(zhǎng)為 10． 6um，由于 CO?激光器在電光轉(zhuǎn)換效率和輸出功率等方面所具有的明顯優(yōu)勢(shì)，使得這種激光得到迅猛發(fā)展。 孟小偉：激光淬火對(duì)氣 缸套壽命的影響 2 缸套表面激光淬火處理的工藝研究 淬火系統(tǒng)組成 激光淬火時(shí)，激光束在物體表面掃描，可以是光束運(yùn)動(dòng)，也可以是工件運(yùn)動(dòng)，或激光束和工件同時(shí)運(yùn)動(dòng)。 氣缸套是 船舶 柴油機(jī)關(guān)鍵零件之一 ，因其內(nèi)壁工作條件惡劣：變化劇烈的周期性載荷、溫度場(chǎng)、以及活塞變化的運(yùn)動(dòng)速度等，所以缸套和活塞環(huán)之間的潤(rùn)滑狀態(tài)可能包括全膜潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑等多種形式， 相應(yīng)的磨損可能包括磨粒磨損、粘著磨損、化學(xué)磨損等多種形式。實(shí)驗(yàn)研究了 16V240ZJ 柴油機(jī)氣缸套 (硼合金鑄鐵 )表面激光淬火中的激光參數(shù)對(duì)淬火強(qiáng)化結(jié)果的影響，測(cè)量了缸套激光淬火處理后的硬度，觀察和分析了硬化層的組織、形態(tài)，并通過磨損試驗(yàn)，得出了激光淬火硬化的微觀解釋，驗(yàn)證了激光淬火可顯著提高柴油機(jī)缸套的使用壽命。 論文作者 (簽 字 ) 日期： 2021 年 6 月 29 日 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 摘 要 本文在綜合分析了國(guó)內(nèi)外激光加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了柴油機(jī)缸套的激光淬火處理。除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明，本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果，尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并愿為此承擔(dān)一切法律責(zé)任。探討了激光淬火提高柴油機(jī)缸套使用壽命的機(jī)理，分析了激光淬火工藝溫度。另外，隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛國(guó)產(chǎn)化程度的不斷提高，對(duì)國(guó)產(chǎn)化汽車的性能也提出了更高的要求，這也要求國(guó) 內(nèi)廠家不斷改進(jìn)制造材料和處理工藝，提高機(jī)車零部件的性能。 由此可見，如此復(fù)雜的情況對(duì)缸套活塞環(huán)之間的潤(rùn)滑性能的要求很高，為提高缸套的耐腐蝕性和耐磨性，多年來人們一直在不斷尋求各種解決途徑，世界各國(guó)都對(duì)氣缸套內(nèi)壁以不同角度如改進(jìn)材質(zhì)、表面強(qiáng)化、提高加工精度、降低表面粗糙度進(jìn)行了各種各樣的處理。激光淬火系統(tǒng)包括激光器、光路系統(tǒng)、激光電源系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)等部分組成。它的輸出波長(zhǎng)為 1． 06urn，與金屬的耦合效率高，加工性能良好 (800WYAG 激光的有效功率相當(dāng)于 3KWCO?激光功率 )。準(zhǔn)分子激光器為紫外短脈沖激光，波長(zhǎng)范圍 193～ 351nm，約是YAG 激光波長(zhǎng)的五分之一和 CO?激光的五十分之一，其單光子能量高達(dá) 7． 9 電子伏特，比大部分分子的化學(xué)鍵能都高，直接能深入材料分子內(nèi)進(jìn)行加工，其加工機(jī)理不同于YAG 和 CO?激光，后兩者的紅外能量是以熱傳遞的方式耦合進(jìn)材料的。 冷卻系統(tǒng) 固體激光器工作時(shí)，絕大部分輸入能量都轉(zhuǎn)換為泵燈、工作物質(zhì)和聚光器溫度升高的熱能。 工作臺(tái)及控制系統(tǒng) 工作臺(tái)是承載加工件的部分。同時(shí)，可對(duì)加工機(jī)中有關(guān)部位進(jìn)行控制，如光閘等。 所以近 年來磷化預(yù)處理已為其它方法所代替。 SiO2型涂料 一種以 為 SiO2骨料的可噴涂涂料 。并選定醇基酚醛樹脂為粘結(jié)劑。在激光淬火時(shí)，涂層愈薄愈勻愈好，噴涂時(shí)層厚可在 5075um范圍內(nèi)。根據(jù)不同的材料及表面處理，山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 選擇不同的激光參數(shù)及運(yùn)動(dòng)速度，以獲得最佳的效果。用配有數(shù)控系統(tǒng)的激光處理裝置，不僅能得到螺旋線形淬火軌跡，還可以得到等螺距、變螺距的激光淬火軌跡，本課題研究的柴油機(jī)氣缸套采用變螺距的淬火軌跡。 2． 光淬火溫度場(chǎng)及提高柴油機(jī)缸套使用壽命的機(jī)理分析 2． 1 激光淬火硬化工藝溫度分析 2． 1． 1 激光淬火熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型 激光與材料的相互作用是一個(gè)較復(fù)雜的物理過程，其溫度場(chǎng)分布不僅與材料的本身性質(zhì) (熱容、熱導(dǎo)系數(shù)、比重 )有關(guān)，而且與激光加熱參數(shù) (功率密度、能量分布、作用時(shí)間 )有直接的關(guān)系，加上激光與材料相互作用會(huì)因光吸收、反射、輻射、熱輻射、熱傳導(dǎo)以及等離子體效應(yīng)與濺射效應(yīng)等，使表面與光輻射交換變得極為復(fù)雜。 16V240ZJC 型柴油機(jī)氣缸套 (材料為硼合金鑄鐵 )重量約 89kg(帶水套 )，當(dāng)活塞在缸套內(nèi)工作時(shí)，第一道氣環(huán)最高行程位置為上止點(diǎn)，此點(diǎn)在距缸套頂端 48rnm處，溫度高，燃?xì)獗l(fā)壓力大，所以最大磨損部位在上止點(diǎn)下約 10