【正文】 長產(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]。 激光重熔技術(shù)上世紀(jì)60年代，激光表面改性技術(shù)作為一種高新技術(shù)出現(xiàn)，并很快投入應(yīng)用。（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。因?yàn)榛w材料的良好的導(dǎo)熱性能，從而產(chǎn)生極高的冷卻速度，使熔覆層快速凝固結(jié)晶。激光硬化的主要優(yōu)勢有：①加工過程一般不需要使用外部冷卻液②容易實(shí)現(xiàn)對過程監(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)化過程集成⑤對零件的部分表面進(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，并通過多道搭接，在基體上建立一定體積范圍的熔覆層。（2）激光相變硬化激光相變硬化基本原理使通過高能激光束照射到材料表面，表層材料會(huì)受到激光輻射的作用，將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，溫度快速升高，達(dá)到到奧氏體相變點(diǎn)溫度以上、但不超過熔點(diǎn)的溫度，當(dāng)激光束移開后，由于材料內(nèi)部的熱傳導(dǎo)快，材料的表面迅速冷卻，這樣就可以使表層材料以超過馬氏體相變臨界速度，將其迅速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，從而獲得淬硬層的技術(shù)，完成相變硬化。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(huì)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(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[25]。與灰鑄鐵中石墨為層片狀不同，球墨鑄鐵中的石墨是分散開的，氧在高溫下易發(fā)生擴(kuò)散，而分散開的石墨會(huì)阻止這一過程，因此球墨鑄鐵的抗氧化性將優(yōu)于灰鑄鐵[1819]。由于石墨的存在，鑄鐵的氧化過程同鋼相比是一個(gè)更加復(fù)雜的過程。從化學(xué)成分上說，球墨鑄鐵的抗氧化性于影響氧化性的合金元素息息相關(guān)，因?yàn)椴煌暮辖鹪貨Q定了次氧化層的成分與結(jié)構(gòu)。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(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。石墨本身就是一種良好的潤滑劑，受到摩擦?xí)r，石墨會(huì)從基體上滑落，減小摩擦力，起到了良好的潤滑作用，因此大大減輕了材料的磨損。 球墨鑄鐵與其他鋼鐵材料機(jī)械性能的對比材料種類抗拉強(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從耐磨性上來說，球墨鑄鐵是一種良好的耐磨和減磨材料。它的吸震性、耐磨性不但都優(yōu)于碳鋼，甚至還優(yōu)于一些合金鋼。 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。這些組織以條塊狀、魚骨狀等各種形態(tài)存在。 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)。球墨鑄鐵中的鐵素體可分為不同的兩種形態(tài)，環(huán)狀鐵素體和塊或網(wǎng)狀鐵素體。 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)。顯然，當(dāng)石墨為球形時(shí)，應(yīng)力集中效應(yīng)最弱，對基體的割裂作用也最不明顯，因此球墨鑄鐵的機(jī)械性能與灰鑄鐵相比有很大的優(yōu)勢。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。這些組織因素可以分為三方面：⑴石墨球的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布；⑵基體組織如鐵素體、珠光體、馬氏體和貝氏體等的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布；⑶滲碳體與磷共晶的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布。擁有不錯(cuò)的強(qiáng)度和伸長率，吸震性好。雖然在強(qiáng)度上低于珠光體球墨鑄鐵，延伸率上低于鐵素體球墨鑄鐵，但混合基體球墨鑄鐵有較好的強(qiáng)度和初性的配和，能克服鐵素體球墨鑄鐵硬度不足，珠光體球墨鑄鐵延伸率太低的缺點(diǎn)。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。（2）鐵素體球墨鑄鐵：基體組織中以鐵素體為主，珠光體含量一般在10%以內(nèi)，的球墨鑄鐵被稱為鐵素體球墨鑄鐵?？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。鐵素體球墨鑄鐵的產(chǎn)量約占國內(nèi)球墨鑄鐵總產(chǎn)量的59%，混合基體球墨鑄鐵約占總產(chǎn)量的19%，珠光體球墨鑄鐵產(chǎn)量約占總量的16%，等溫淬火球墨鑄鐵占約6%。 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。經(jīng)過數(shù)十年的不斷研究，我國通過對球墨鑄鐵的鑄造、熱處理工藝、基礎(chǔ)冶金學(xué)、動(dòng)靜態(tài)力學(xué)性能及其影響因素、使用性能及應(yīng)用范圍等做了大量工作，并取得卓越的成績，使我國球墨鑄鐵在生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域飛速發(fā)展。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。在1948年初，王遵明教授就進(jìn)行了球墨鑄鐵的研究，并在1950成功開發(fā)了現(xiàn)代球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝之一的銅鎂合金沖入法[11]。 鎳硬鑄鐵化學(xué)成分含量表成分含量（%）CSiMnNiCr（2）國內(nèi)發(fā)展概況[10]相比于其他國家，我國在球墨鑄鐵領(lǐng)域的研究歷史基本與世界發(fā)達(dá)國家同步，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)。他們將鎳鎂合金加入到鐵液中的這一研究成果，在那時(shí)是一項(xiàng)技術(shù)上的重大突破，也正是由于這一重大進(jìn)展，使大規(guī)模生產(chǎn)球墨鑄鐵成為了可能[9]。Gangnebin等人于1948年5月7日發(fā)表了一篇論文。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加了Mg的試塊不僅促進(jìn)了碳化物的形成，更增加了鎳硬鑄鐵的韌性。1943年4月12日，美國國際鎳公司（簡稱INCO）的科研員K. D. Millis成功獲得了現(xiàn)代球磨鑄鐵的制備方法。在石墨片細(xì)化研究這一領(lǐng)域，獲得專利權(quán)的米漢認(rèn)為，若想得到符合性能要求的鑄鐵，活性元素必須添加，且添加量一定要充足。 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。球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，使其避免了灰鑄鐵中片狀石墨的存在，消除了片狀石墨尖銳端部的應(yīng)力集中效應(yīng)，石墨對金屬基體的切口作用顯著降低[5]?，F(xiàn)代球墨鑄鐵中的石墨變?yōu)榱饲驙钍?，與原來相比，其機(jī)械性能如硬度、韌性、耐磨性等都顯著提高[4]。球墨鑄鐵中石墨主要以球狀存在，而灰鑄鐵中石墨的形態(tài)主要為層片狀[3]。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]。激光表面加工技術(shù)有激光相變硬化、激光熔覆、激光沖擊硬化、激光合金化、激光重熔等。人們常常通過表面工程技術(shù)對工件表面進(jìn)行強(qiáng)化，以達(dá)到改善工件的表面性能，節(jié)約成本，延長使用壽命的目的。相對于幾乎沒有塑韌性的灰鑄鐵，球墨鑄鐵與鋼相當(dāng)?shù)乃茼g性，使其具有強(qiáng)烈的市場競爭力和巨大的應(yīng)用潛力。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。熱影響區(qū)是一個(gè)漸變的區(qū)域，形成機(jī)理與易淬火鋼中的熱影響區(qū)類似，可分為淬火區(qū)，部分淬火區(qū)和回火區(qū)。本文用功率為1500 W、2000 W和2500 W的光纖激光束（光斑直徑為5 mm5 mm），以6 mm/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H