【正文】 使激光重熔的應(yīng)用范圍更加廣泛。在光斑尺寸確定時(shí)，工件表面所處的位置對于重熔層的質(zhì)量也會造成一定影響，可以選擇焦點(diǎn)的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，為了擁有更好的重熔層，一般選擇將材料表面置于焦點(diǎn)外側(cè)。在激光重熔過程中，激光功率的參數(shù)極為重要。⑹由于激光重熔過程中無論是激光加熱速度，還是冷卻速度都極快，導(dǎo)致其熔化層較薄，熱作用區(qū)小，工件變形小。 激光重熔的特點(diǎn)激光表面重熔是采用激光照射在金屬表面，使表面發(fā)生熔化，形成熔池，隨后快速冷凝，在金屬表面形成一層均質(zhì)的組織。這是一項(xiàng)將現(xiàn)代物理學(xué)、計(jì)算機(jī)、材料科學(xué)、先進(jìn)制造技術(shù)等方面的成果和知識進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，逐漸成型的技術(shù)。該技術(shù)主要應(yīng)用于鐵基材料，對球墨鑄鐵鑄鐵模具和零件表面進(jìn)行激光想變硬化，可以形成較硬的耐磨涂層[21]。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，可以通過增加硅含量和鉻含量提高球墨鑄鐵的抗氧化性能，因?yàn)楣韬豌t可以形成連續(xù)致密的氧化膜覆蓋在材料的表面。球墨鑄鐵的靜載荷性能雖然低于碳鋼但也相差極小，缺口敏感性更是低于鋼[9]。其中環(huán)狀鐵素體是由于在凝固過程中，球狀石墨周圍由于擴(kuò)散作用，碳元素吸附在石墨球表面形成低碳區(qū)，從而形成環(huán)繞石墨球的鐵素體，也就是俗稱的“牛眼”，而塊或網(wǎng)狀的鐵素體分布在珠光團(tuán)中間。可通過退貨處理獲得，擁有較高的塑性和沖擊韌性，不過強(qiáng)度較低。當(dāng)前，隨著能源工業(yè)、汽車行業(yè)、機(jī)床工業(yè)、航空航天、石化工業(yè)、海洋工程和核能工業(yè)等行業(yè)的繼續(xù)發(fā)展，對于球墨鑄鐵鑄件的性能要求將不斷提高，同時(shí)為了滿足這些各領(lǐng)域的要求，我國球墨鑄鐵在的研究也將會進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。此后，球墨鑄鐵無論是在制造、應(yīng)用或是在研究方面，都進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。1941年，Meehanite公司發(fā)表了研究成果：在鐵水中添加硅鈣合金用作石墨化元素，之后再使用碲元素等作為反石墨化元素，通過這種方式，最終得到的石墨就是球狀石墨。往鐵水中添加適量的球化劑（Mg、稀土、稀土鎂等常被用作球化劑）和孕育劑（硅鐵、硅鈣合金為常用的孕育劑），配合恰當(dāng)?shù)那蚧杏夹g(shù)，改變碳元素的生長方式，使碳形核長大，變?yōu)榍驙钍?，通過這樣的方式會得到含有球狀石墨的鑄鐵，這樣的鑄鐵被成為現(xiàn)代球墨鑄鐵。人們所謂的“以鐵代鋼”就是指用球墨鑄鐵代替碳素鋼（鐵就是球墨鑄鐵，鋼主要指碳素鋼）。雖然球墨鑄鐵鑄件已經(jīng)在所有主要的工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，但是由于球墨鑄鐵的硬度較低，耐腐蝕性能亦較差等缺點(diǎn)，在很大程度上都限制了球墨鑄鐵的應(yīng)用，而對球墨鑄鐵表面進(jìn)行激光重熔工藝處理，可以有效提高球墨鑄鐵表面的硬度、耐腐蝕性和耐高溫性等，將大大擴(kuò)展球墨鑄鐵鑄件的應(yīng)用范圍，是一種有著廣大前景的工藝。涂層中石墨的存在是由于凝固速度過快，少量石墨未能逸出。球墨鑄鐵表面激光重熔工藝就是利用激光熔池體積小，熔凝速度快和非接觸非真空加工的特點(diǎn)，在球墨鑄鐵表面通過激光輻射制備冶金結(jié)合的強(qiáng)化層，提高球墨鑄鐵表面的硬度和耐磨性，從而改善材料的表面使用性能[2]。 球墨鑄鐵的化學(xué)成分成分含量（wt.%）CSi23MnPS 球墨鑄鐵的發(fā)展（1）國外發(fā)展概況[78]上世紀(jì)二十年代末，英國的Morrgoh先是發(fā)現(xiàn)了鑄鐵中的球狀石墨，并于一年之后順利研制出獲得球墨鑄鐵的方法，他的方法是通過在灰鑄鐵（該灰鑄鐵中硫、磷含量較低，碳含量較高）中加入Ce，%以上。Gangnebin等人于1948年5月7日發(fā)表了一篇論文。之后以陳希圣教授為代表的一批學(xué)者分別開展了石墨形貌、球化理論和球墨鑄鐵性能這一系列的深入研究?？赏ㄟ^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)是伸長率較低。擁有不錯(cuò)的強(qiáng)度和伸長率，吸震性好。 常用球墨鑄鐵的牌號其主要基體組織和機(jī)械性能牌號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)。 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。球墨鑄鐵優(yōu)良的耐磨性使其適合用來制造對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。該涂層既能增強(qiáng)材料表面的機(jī)械性能，對材料本身的性能又不會造成影響，而且對于尺寸不大、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)對零件幾乎不會有尺寸上的變化，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[25]。（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，也大大延長了零件的使用壽命。 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)。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)在加工過程中大大降低了噪音污染，制備出的涂層孔隙率低，而且對于基底的影響較小，幾乎不影響基體的組織。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。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。過去的數(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。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，會有較大的摩擦，這就需要鑄件表面要有較強(qiáng)的耐磨性。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。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。粗磨是一個(gè)非常必要的過程，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。（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。 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。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。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)，通過對重熔層深度的測量，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。可以觀察到熱影響區(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。 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。，去除誤差點(diǎn)后，計(jì)算出重熔層的平均硬度，最大硬度，和最小硬度。涂層中石墨的存在是由于凝固速度過快，少量石墨未能逸出。36。從最初課題的選擇到具體實(shí)驗(yàn)的過程，從對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析到最后完成這一篇論文，劉老師都給予了我莫大的幫助以及支持。 激光功率為1000 W時(shí)的球墨鑄鐵涂層深度曲線 激光功率為2500 W時(shí)的球墨鑄鐵涂層深度曲線 激光功率為2000 W時(shí)的球墨鑄鐵涂層深度曲線 不同激光功率下重熔層的硬度激光功率平均值（HV）最大值（HV）最小值（HV）1500 W2000 W2500 W4 結(jié)論本文用功率為1500 W、2000 W和2500 W的光纖激光束（光斑直徑為5mm5mm），以6mm/s的掃描速度輻照珠光體球墨鑄鐵表面，然后用VHX600K型超景深三維數(shù)碼顯微分析儀觀察了激光輻照后珠光體球墨鑄鐵表面重熔層及熱影響區(qū)的微觀組織，用HXD1000TM/LCD自動(dòng)轉(zhuǎn)塔數(shù)顯顯微硬度計(jì)測量了珠光體球墨鑄鐵表面激光重熔層橫截面的顯微硬度。通過研究，我認(rèn)為這與晶體的凝固理論有關(guān)。熱影響區(qū)的形成是由于受到激光重熔時(shí)熔池區(qū)的影響，通過熱傳導(dǎo)使熱影響區(qū)的溫度快速升高，隨后又快速熱卻形成的區(qū)域。重熔區(qū)基本無球墨，靠近熱影響區(qū)，石墨、鐵素體都逐漸消失。激光照射在金屬表面，使表面發(fā)生熔化，形成熔池，隨后快速冷凝，在金屬表面形成一層均質(zhì)的組織，這一區(qū)域通常稱為熔凝區(qū)，冷凝后表面組織發(fā)生改變，導(dǎo)致表面性能也發(fā)生變化。對不同區(qū)域的金相組織進(jìn)行分析比對。因此有粗拋和細(xì)拋的區(qū)別。細(xì)磨需要使用多種型號的砂紙，金相砂紙的磨料主要為氧化鋁，一般采用水作為潤滑劑進(jìn)行機(jī)械濕磨。激光重熔前先清洗待加工樣品（去污劑浸泡，鋼絲刷擦拭，自來水沖洗，無水乙醇浸泡超聲波清洗），烘干后用砂紙打磨樣品，去除待加工樣品表面的銹化層，烘干備用。其中的光纖是摻雜了稀土元素的增益光纖，長度從數(shù)十米到數(shù)百米不等。 實(shí)驗(yàn)過程 線切割第一臺線切割機(jī)是前蘇聯(lián)發(fā)明的，然后我國迅速地將其運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中。具體的工藝操作為：采用一個(gè)與凸輪相適應(yīng)的聚焦線，只要在經(jīng)過一道激光掃描就可以完成工藝操作。 （1） 涂層的開裂傾向激光重熔技術(shù)在使用時(shí)會涉及到物理、化學(xué)和冶金等方面的知識，這種技術(shù)對于裂紋有很強(qiáng)的敏感性，當(dāng)前已經(jīng)有許多的科學(xué)家對