切削加工是基本而又常用的精密加工手段共耍，在機(jī)械虑灰、電機(jī)、電子等各種產(chǎn)業(yè)部分中都起著重要的作用痹兜，決定切削加工效率的因素很多如機(jī)床穆咐、刀具、工件等字旭，其中刀具是最活躍的因素对湃。而刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少遗淳、加工精度和表面質(zhì)量的優(yōu)劣等等拍柒，在很大程度上取決于刀具材料的機(jī)械性能和加工性能，因此人們不斷地研究開發(fā)新的刀具材料止既。但新材料的開發(fā)速度常常與現(xiàn)代切削加工生產(chǎn)要求存在一定的差距柔朽，如在高速切削300～1000m/min切削鋼、90～200m/min切削鈦合金等要達(dá)到這樣高的切削速度核瘤，就要發(fā)展具有更加優(yōu)異的高溫力學(xué)性能精杜、高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性及高溫?zé)峥拐裥缘牡毒卟牧希铀俚毒卟牧系难芯颗c開發(fā)揭轰，合理選用刀具材料是推動(dòng)高速切削技術(shù)廣泛應(yīng)用的重要前提筑渴。

　　激光加工是激光應(yīng)用的首要領(lǐng)域，在此領(lǐng)域中激光對(duì)物體材料的強(qiáng)化處理占有很重要的位置少炎，特別是對(duì)材料表面可進(jìn)行多種強(qiáng)化處理磕阱。

　　在刀具材料改性中主要應(yīng)用的是熔化處理，熔化處理是金屬材料表面在激光束照射下成為溶化狀態(tài)峡审，同時(shí)迅速凝固情澈，產(chǎn)生新的表面層屎谆。根據(jù)材料表面組織變化情況，可分為合金化瘤琐、溶覆琐览、重溶細(xì)化、上釉和表面復(fù)合化等柑土。激光熔凝是用適當(dāng)?shù)膮?shù)的激光輻照材料表面蜀肘，使其表面快速熔融、快速冷凝稽屏，獲得較為細(xì)化均質(zhì)的組織和所需性質(zhì)的表面改性技術(shù)扮宠。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.表面熔化時(shí)一般不添加任何金屬元素，熔凝層與材料基體形成冶金結(jié)合狐榔。

　　2.在激光熔凝過程中坛增，可以排除雜質(zhì)和氣體，同時(shí)急冷重結(jié)晶獲得的雜志有較高的硬度薄腻、耐磨性和抗腐蝕性收捣。

　　3.其熔層薄、熱作用區(qū)小庵楷，對(duì)表面粗糙度和工件尺寸影響不大罢艾。有時(shí)可不再進(jìn)行后續(xù)磨光而直接使用。

　　4.提高溶質(zhì)原子在基體中固溶度極限嫁乘，晶粒及第二相質(zhì)點(diǎn)超細(xì)化昆婿，形成亞穩(wěn)相可獲得無擴(kuò)散的單一晶體結(jié)構(gòu)甚至非晶態(tài)，從而使生成的新型合金獲得傳統(tǒng)方法得不到的優(yōu)良性能永努。

　　5.光束可以通過光路導(dǎo)向贞倒，因而可以處理零件特殊位置和形狀復(fù)雜的表面。

　　二散苦、刀具材料激光表面改性國內(nèi)外研究概況

　　目前國內(nèi)外與此相關(guān)的文獻(xiàn)較多紫颈，如利用XeCl準(zhǔn)分子激光器（波長(zhǎng)308nm）照射Al2O3-SiC納米復(fù)合陶瓷試樣，能量密度在0.8J/cm3～6.0J/cm3范圍內(nèi)奇嗽，照射后嘁汗，表面缺陷消除，形成連續(xù)分布的光滑平整的熔化層永音，并出現(xiàn)亞穩(wěn)相γ-Al2O3揣恳，由于表面形貌的改善和結(jié)構(gòu)的變化,使表面韌性得到提高。W18Cr 4V車刀表面經(jīng)激光涂覆處理后炭箭，對(duì)于深切削一膝、快速切削和切削特硬，耐磨性有明顯的提高菌司，若以后刀面磨鈍為標(biāo)準(zhǔn),提高近250％顾腊；若以前刀面磨鈍為標(biāo)準(zhǔn),提高200％粤铭；若以破損為標(biāo)準(zhǔn)，提高近100％杂靶。此外車刀前刀面激光處理后梆惯，后刀面的耐磨性有明顯增長(zhǎng)；后刀面激光處理后吗垮，前刀面抗月牙洼磨損能力也有一定的提高垛吗，但增長(zhǎng)幅度不及前者。北京工業(yè)大學(xué)的宣崇武抱既、張連寶利用激光表面合金化新技術(shù)职烧，改變木材加工刀片的表面成分，以提高刀片韌性防泵。激光表面合金化所得的合金化層與刀片基體之間是一種冶金結(jié)合，結(jié)合力優(yōu)于各種噴涂層蝗敢。最佳產(chǎn)品一次刃磨平均產(chǎn)量<20t捷泞，但刀片本身折損率>30％。激光合金化處理后的刀片寿谴，一次刃磨壽命比最佳產(chǎn)品平均提高3倍左右锁右，且刀刃不崩、不卷细咽、不折斷队趁，稍加磨刃可繼續(xù)使用。無錫冶金機(jī)械廠的李良福在用激光加工法提高刀具耐用度的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)尘忿，激光強(qiáng)化對(duì)改善各種刀具的工作能力有較好的效果松摘。例如T8A、T10A屡拥、CrWMn和9Cr鋼模具的耐用度可提高若干倍乳栈，成型模的壽命較一般熱處理后的使用壽命可提高15-19倍，較氮化鈷耐磨層的模具提高0.5-1倍剩骏。前蘇聯(lián)曾對(duì)WC85%+Co15%和WC92%+Co8%兩種硬質(zhì)合金粉末進(jìn)行激光熔覆試驗(yàn)组伤，使用35-30J的固體脈沖激光和0.1，0.5监镰，1-3Kw的連續(xù)CO2激光器遗秩，掃描速度2.2-17mm/s，在Y8A工具鋼基體上熔覆（WC92+Co8）粉末所得最高顯微硬度為HV1180俐芬。KJ.Schmaxtjko利用準(zhǔn)分子激光對(duì)陶瓷材料(Al2O3绎狭、ZnO2、Si3N4)的表面直接進(jìn)行重熔改性收班，結(jié)果表明：陶瓷材料的表面粗糙度從激光改性前的10-15μm坟岔，下降到1-4μm谒兄，且孔隙率大大下降。(暫不可見)titbon的重熔方式可使表面裂紋和孔隙至少下降50%社付。

　　最近幾年承疲，激光對(duì)各種刀具材料表面強(qiáng)化都有不同程度的報(bào)導(dǎo)[5,6]，也有人直接研究了激光對(duì)高速刀具的表面強(qiáng)化鸥咖，雖然激光合金化和熔覆陶瓷層已經(jīng)取得了關(guān)鍵性的進(jìn)展燕鸽，但是在工業(yè)實(shí)際批量化應(yīng)用較少，特別是在刀具材料改性方面啼辣。

　　三啊研、目前激光強(qiáng)化技術(shù)在民用刀具制造的應(yīng)用

　　民用刀具量大面廣，有：廚刀鸥拧、剪刀党远、剃須刀、粉碎刀等朝正，目前刀具失效原因主要在刀刃蒸败，如刃口磨損、崩刃农想、腐蝕等雅沽，為了達(dá)到經(jīng)久耐用的目的，一般制造工藝方法是：1）采用整體高性能合金材料例氓，如高速鋼等2）采用復(fù)合鋼蚜症，如復(fù)合鋼板刀剪等3）刃口鑲焊硬質(zhì)合金材料，如硬質(zhì)合金峡黍、陶瓷慎接、高速鋼等。前兩種方法原材料要求較高羔峭，制造成本較高虫店；而后者由于鑲焊往往為材料硬脆性材料，給制造工藝帶來困難缅钠，如硬質(zhì)合金與基體的鑲焊強(qiáng)度愁霞、硬質(zhì)合金鑲焊長(zhǎng)度有限等，使用壽命受到影響熬甫。

　　激光堆焊是繼激光熔覆技術(shù)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新的激光加工技術(shù)胰挑，借鑒傳統(tǒng)的堆焊技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，用大功率激光為加熱源椿肩，對(duì)同步送入的合金焊絲與基體表層同時(shí)快速熔化瞻颂，得到和基體完全冶金結(jié)合的并具有特殊性能（耐磨、耐蝕、耐熱等）的表層贡这，形成復(fù)合層茬末，用于制造雙金屬刀具。而激光合金化則是在基體的表面熔融層內(nèi)加入合金元素盖矫，從而形成以基材為基礎(chǔ)的新的合金層丽惭，達(dá)到表面改性，刃口強(qiáng)韌化的目的辈双。

　　綜合上述技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)责掏，把這一技術(shù)應(yīng)用于刀具材料表面強(qiáng)化處理，則是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一湃望，尤其對(duì)于陶瓷换衬、硬質(zhì)合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)笼万，有利于提高加工效率和加工精度歪眨，并能對(duì)難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進(jìn)行切削加工。由于它們強(qiáng)度相對(duì)較低简些，韌性和可$&*性較差基际，嚴(yán)重地限制了它們的應(yīng)用范圍，因此把激光表面強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用于陶瓷办溶、硬質(zhì)合金刀具具有深刻的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前樱炬，國內(nèi)外提高刀具抗磨損的方法主要分為兩類：一種是常規(guī)的表面處理法抠阴，如采用非常規(guī)的表面淬火方法、激光熔覆的方法（覆層的合金粉多為Ni择绘、Co基自熔合金或添加粗顆粒的碳化鎢或者采用激光厚層熔覆粥割，這類方法比較適用于磨粒磨損很高的工況，例如混砸，礦山突妇、石油、農(nóng)機(jī)等采掘工具）等解滓，其存在的缺點(diǎn)就是易產(chǎn)生裂紋等缺陷赃磨。另一種是最近發(fā)展起來的涂層刀具，此類方法的缺點(diǎn)就是沉積涂層較薄洼裤。這兩種方法都有其不同程度的缺點(diǎn)邻辉。前者是通過材料本身發(fā)生的顯微組織轉(zhuǎn)變來提高硬度及耐磨性，因而只對(duì)碳鋼有效腮鞍，而對(duì)硬質(zhì)合金值骇、高速鋼材料的刀具材料而言則效果不明顯，采用后者不僅涂層較薄，涂層沉積時(shí)間較長(zhǎng)吱瘩，而且實(shí)際使用中常常發(fā)生剝落現(xiàn)象道伟。

　　以下為激光表面強(qiáng)化技術(shù)在刀具材料改性中的應(yīng)用實(shí)例。

　　1. 家用廚刀激光熔覆表面改性

　　采用激光涂層在常用的不銹鋼廚刀刃口進(jìn)行薄層快速熔覆使碾，得到涂覆層均勻蜜徽、高耐磨的刀具刃口，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刀具生產(chǎn)工藝部逮，改造其產(chǎn)業(yè)提高刀具（廚刀）產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和附加值娜汁。通過對(duì)涂層材料的配比、激光涂層性能等方面的分析研究讲幌，開發(fā)出與“懶漢刀”同等水平的廚刀并將其實(shí)用化油后。通過優(yōu)化工藝采用預(yù)置式合金粉末得到了無裂紋、一定硬度涂層的厚度仙涡、變形小容书、回火帶窄的刃口】舻福可以看出藤棕，熔覆層均勻覆蓋在刀刃上。

　　對(duì)斷面分析朴树，從外向內(nèi)可以明顯的看出分為4個(gè)區(qū)域：熔覆層、硬化過渡區(qū)索驰、回火區(qū)和基體材料。

　　1.1 熔覆區(qū)

　　該區(qū)以涂層材料為主要成分妓浮，硬度較高HV990-1300，厚度0.02-0.08mm城舞，其中大量未熔的硬質(zhì)顆粒轩触，起到了彌散強(qiáng)化的作用家夺。涂層過厚易形成裂紋，影響使用秦踪，通過優(yōu)化工藝參數(shù)褐捻，得到了既無裂紋椅邓、硬度高柠逞、表面光潔，與基體呈良好冶金結(jié)合的涂層板壮，而這一涂層正是提高刃口磨損性能的關(guān)鍵。

　　1.2 硬化過渡區(qū)

　　這一區(qū)域包含與熔覆層相接的合金化層僵卿，與回火區(qū)相接的淬火區(qū)，占硬化層的80%正庙，硬度層硬度平緩過度注括，組織主要是過度細(xì)化的馬氏體和碳化物蓄扳。

　　1.3 回火區(qū)

　　由于掃描速度的加快，回火區(qū)變窄拢给，組織為索氏體及碳化物蛹协∪旖回火區(qū)的存在有利于保持刃口的韌性兆焦，在高硬度沖擊情況下不至于斷裂永铛。

　　2. 激光熔滲納米改性強(qiáng)化刀具

　　激光熔滲是一種結(jié)合激光熔覆工藝和激光合金化工藝的表面改性的方法。將其運(yùn)用到園林刀具生產(chǎn)過程中驾窟，可以對(duì)不同類型的刀具進(jìn)行激光表面改性強(qiáng)化试和。納米材料較之微米級(jí)材料具有更好的力學(xué)性能纫普，涂覆于基體表面的納米合金粉在高密度的激光束作用下快速熔凝好渠，以部分納米硬質(zhì)合金顆粒滲入到基體材料當(dāng)中昨稼，起到了微合金化作用拳锚，而刀具表面又可以獲得納米晶的覆層假栓，因而不僅提高了強(qiáng)韌性及耐磨而且還加深了刀具刃口的硬度層深霍掺，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命匾荆。

　　刀片經(jīng)過激光處理后杆烁，在表層形成明顯的硬化層牙丽，硬度呈現(xiàn)梯度變化，心部仍保持原來的組織郑舷。這樣使得表層硬而耐磨迈叫，芯部保持韌性肘鹅，而且運(yùn)轉(zhuǎn)過程有“自銳性”效果暂韭，使得刀片的使用壽命延長(zhǎng)奇门。該刀片的厚度為1.5mm盒伸，硬化層深度為0.18mm栖啰，表層白亮層為合金碳化物，馬氏體,硬度為HV0.2 820-766扯凫，心部為回火屈氏體轧黑，硬度為HV316 售拼。

　　四且昭、激光強(qiáng)化技術(shù)在刀具材料改性應(yīng)用的展望

　　目前國內(nèi)外對(duì)工程陶瓷與硬質(zhì)合金材料的研究有一定的進(jìn)展贱鼻，另一方面激光對(duì)刀具進(jìn)行表面強(qiáng)化處理屬當(dāng)前機(jī)械加工領(lǐng)域的前沿宴卖，用強(qiáng)激光束對(duì)代替某些熱處理是一種有效的方法邻悬，結(jié)合當(dāng)前納米技術(shù)的發(fā)展症昏，在這三個(gè)方向的基礎(chǔ)上找到它們的結(jié)合點(diǎn)父丰，參照同類近似的研究方法肝谭，對(duì)陶瓷蛾扇、硬質(zhì)合金的激光強(qiáng)化機(jī)理及技術(shù)進(jìn)行研究攘烛，提出了在以后研究工作中將通過對(duì)高耐磨/耐蝕/耐熱納米硬質(zhì)粉材（陶瓷镀首、復(fù)合材料等）的研制及配比、激光納米強(qiáng)化層性能更哄、激光厚層堆焊工藝與硬質(zhì)合金材料等方面的分析研究芋齿，針對(duì)不同刀具采用相應(yīng)的工藝用玷，利用普通的刀具材料開發(fā)出提高刀具刃口強(qiáng)韌性秤瞒、耐磨性及使用壽命的新產(chǎn)品，獲得對(duì)各種刀具類材料激光堆焊復(fù)合夹它、納米合金熔滲及產(chǎn)品化實(shí)用化的總體工藝技術(shù)，使其能滿足實(shí)際生產(chǎn)的復(fù)雜要求恢儡，尤其是克服陶瓷刀具材料脆性大窄栓、可靠性低等缺點(diǎn)组莲，為改進(jìn)硬質(zhì)合金和陶瓷材料增添了一條有效的途徑。

　　相信激光合金化表面強(qiáng)化技術(shù)在刀具材料改性中具有廣泛的應(yīng)用范圍和廣闊的應(yīng)用前景咒饼。

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