灵活可调的激光硬化技术

材料牛注：材料科学发展到今天，激光硬化技术已并不罕见。这是一种表面硬化的优良工艺，但却存在着硬化厚度不可调的缺陷。好在科学家们将其与光学扫描结合在一起，创造出一种全新的厚度可调的激光硬化工艺。

硬化是增加钢零件硬度的表面热处理的方法之一。瓦伦西亚理工大学和欧洲人文大学的高性能制造团队对其进行了研究，并成功研制出一种新型方法来实现这一工艺。该方法用到了激光技术，但与传统方法不同的是，它运用了扫描光学技术，赋予钢零件在厚度方向上强大的适应能力。

硬度是薄钢板冲压模具等耐磨性钢零件的重要性能指标，该指标可以通过硬化来增加，即将钢零件加热至800~1000℃后再急速冷却。这一工艺可以改变钢的结构。

激光具有局部性，所以如果我们用激光来实施硬化工艺的话，就可以实现表层硬化，而使钢材内部组织不变。这一研究团队成员之一、瓦伦西亚理工大学和欧洲人文大学机械工程系教授Aitzol Lamikiz说道：“通过这种方法，钢零件的加热量小，不会因此变脆，零件也不会发生太大的扭曲变形。热量会造成零件的变形，这种变形必须通过其它工艺来纠正。”激光硬化的工业应用始于2000年。但就Aitzol Lamikiz而言，激光硬化有其局限性：“激光的带宽一定，因此它能硬化的区域厚度也就一定。”

为了使这种工艺更加灵活，这一研究小组估量了将扫描光学技术与该技术结合的可能性。他们将光学扫描仪以较大的速度移动，对表面进行线性扫描。通过这种方法，我们可以仅仅通过改变程序设定参数来改变硬化厚度。Lamikiz将这种硬化方式与墙壁粉刷进行了对比，他指出传统的激光硬化“就像用滚筒粉刷墙壁，粉刷区域的厚度取决于滚筒。但有了这种新方法，我们就可以将滚筒换成厚度可供的马克笔。”

在该实验中，我们觉得首要的事情是“通过这种方式实施硬化是有可能的。其次才是我们看到通过改变激光的移动速度和能量来改变硬化的效果。根据我们的实验结果，当激光移动速度非常快的时候，我们得到的硬化结果与传统方式相似。”

前景光明的结果

为了进一步研究这种方法，该实验小组的成员与意大利巴斯克地区和皮埃蒙特的公司合作，共同实施了一个名为Hardlas的项目，从而将这一工艺变得更为可行。研究员说道：“我们将其变为可行的时候，就是这一项目成功的时候。这样，该工艺就能用于工业生产了。”

虽然他们对该工艺的可行性进行了研究，但要想进入工厂生产，还有很多路要走。他们遇到的最大难题之一就是对工艺的控制。Lamikiz解释说：“将材料加热到所需温度十分重要，因为只有这样，这些工艺才能发挥作用。但温度又不能太高，否则材料将会熔化。在我们研究的工艺中，激光移动的速度固定，所以对其的控制就更难了。”另一方面，我们实施的实验“使用大学的仪器设备。并且将其推广至工业规模，用更高强度、不同种类的激光在不同材料上进行实验很有必要”，他补充说。

原文链接：Laser hardening, an increasingly flexible technology for hardening steel.

文献链接：Analysis of the regimes in the scanner-based laser hardening process.

本文由材料人编辑部武俊生提供素材，张文扬编译，点我加入材料人编辑部。

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