激光淬火：解读模具表面处理的应用

优胜设计史勇老师

激光淬火
激光淬火技术进入21世纪后，随着我国科学技术的迅猛发展带动国家经济的稳步提升，我们的工业技术也在国际上崭露头角；诸多的基建技术和大型工业设备也受到世界的瞩目，甚至已达到世界领先水平，特别是家电工业、航空航天的迅猛发展，对模具工业提出了更高的要求。如何提高模具的质量、使用寿命和降低生产成本成为当前迫切需要解决的问题。

激光淬火技术的发展，提高了表面处理在模具中的质量和使用寿命。降低成本的最有效途径，通过采用不同的表面处理技术，只改变模具表层的成分、组织、性能，从而大幅度地改善和提高模具的表面性能，如硬度、耐磨性、摩擦性能、脱模性能、隔热性能、耐腐蚀和高温抗氧化性能、提高型腔表面抗擦伤能力、脱模能力、抗咬合等特殊性能，数倍、几十倍地提高模具使用寿命。这对于提高模具质量，大幅度降低生产成本，提高生产效率和充分发挥模具材料的潜能都具有重要意义。模具在现代生产中是生产各种工业产品的重要工艺装备。

我们知道在罗马柱模具上使用的表面技术方法多达几十种，主要可以归纳为物理表面处理法、化学表面处理法和表面覆层处理法。以下综述了罗马柱模具表面处理中常用的部分表面处理技术。


01、高频表面淬火
第一种高频淬火是把罗马柱模具置于一个交变磁场中，罗马柱模具产生感应电流而被加热。电流频率越高，电流加热层愈薄。淬火以后，由于奥氏体化是在较大的过热度下进行的，因此晶核多，不易长大，淬火后组织为细隐晶马氏体。表面硬度高，比一般淬火提高HRC2－3，而且脆性较低。显著提高模具的疲劳强度，小尺寸模具可以提高1－2倍，大件也可以提高20%－30%。加热温度和淬硬层厚度易控制，便于实现机械化和自动化，得到了广泛的应用。但对于形状复杂的模具处理比较困难。

02、火焰表面淬火
第二种火焰表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等火焰加热模具表面。火焰温度很高（3000℃以上），能将工件表面迅速加热到淬火温度。然后空冷或立即用水喷射冷却。调节加热时间和冷却速度可以调节淬硬层厚度和硬度。和高频表面淬火相比，具有设备简单，成本低等优点，但是生产率低，罗马柱模具表面存在不同程度的过热，质量控制比较困难。因此主要适用于单件、小批量和质量要求不高的模具的表面处理。

03、激光表面淬火
第三种激光用于罗马柱模具表面的处理方法包括激光相变硬化（LTH）、激光表面涂覆及合金化（LCS/LSA）、激光表面融化处理（LSM）、激光冲击（LSH）和激光非晶化等。目前激光相变硬化和激光表面涂覆及合金化已被研究应用于提高模具寿命。其中激光相变硬化应用较为广泛。激光相变硬化（激光淬火）是利用激光辐照到金属表面，使其表面迅速升温达到相变温度而形成奥氏体，当激光束离开后，利用金属本身的热传导而发生“自淬火”，使金属表面发生马氏体转变。

04、激光淬火设备
激光淬火与传统的淬火方法相比，激光淬火是在较高的温度梯度下进行的，在表面形成了一层硬度极高的特殊淬火组织。淬火层的硬度比普通淬火的硬度还高15%－20%，淬硬层深度可达0.1－2.5mm。因此可以大幅度地提高模具的耐磨性和使用寿命。如对T8A钢制冲头和Cr12Mo钢制的凹模进行激光硬化处理后，由冲压2.5万件提高到10万件。喷丸强化和加工硬化也是模具表面处理常用的表面处理方法。

激光淬火技术的持续发展将持续为我国工业进步提供源源不断的技术动力，科技创新的步伐不会停止，中国工业激光技术的创新也不会停止！