摘　要：作者從4個(gè)方面介紹了近年來我國(guó)激光熱處理的現(xiàn)狀及發(fā)展：(1)激光硬化；(2)激光熔覆；(3)激光合金化；(4)工程應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：激光相變硬化；激光沖擊硬化；激光熔覆；激光合金化

1前言

我國(guó)激光熱處理的研究、開發(fā)和應(yīng)用，自70年代由鐵科院金化所和中科院長(zhǎng)春光機(jī)所等單位率先開展以來，已有20多年的歷史。迄今，我國(guó)開展激光熱處理的單位已遍及除西藏以外的各省、自治區(qū)、直轄市。在國(guó)家“六五”、“七五”、“八五”、“九五”攻關(guān)和“863”計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金和各地的科技發(fā)展基金的支持和引導(dǎo)下，取得了大量有價(jià)值的研究成果，并有若干突破性進(jìn)展，取得了一定規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。在我國(guó)，激光熱處理領(lǐng)域的產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的格局已經(jīng)初步形成。可以預(yù)期，經(jīng)過堅(jiān)持不懈的努力，將有更多的突破，市場(chǎng)的開拓也必定會(huì)有更大的進(jìn)展。

2　激光硬化

2.1　激光相變硬化的強(qiáng)化機(jī)理和組織的研究

重慶大學(xué)[1]對(duì)GCr15鋼經(jīng)激光淬火后引起高硬度(1065HV)的原因用光學(xué)金相、掃描和透射電鏡、X光衍射儀、俄歇分析儀及電子探針作了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。提出GCr15鋼激光相變硬化機(jī)理為：①以馬氏體相變強(qiáng)化為主，馬氏體很細(xì)，尺寸為0.196μm×1.8μm，馬氏體位錯(cuò)密度很高，達(dá)2.3×1012條／cm3，馬氏體的含碳量高達(dá)0.90；②殘留奧氏體顯著強(qiáng)化，其位錯(cuò)密度達(dá)3.6×1012條／cm3；③晶粒超細(xì)化(ASTM　No．16)和碳化物細(xì)化(最表面處為0.59μm，離表面0.1mm處為0.41μm)及彌散分布。山東工業(yè)大學(xué)[2]對(duì)W18Cr4V高速鋼經(jīng)激光相變硬化后的強(qiáng)化機(jī)理和組織性能作了研究：激光相變區(qū)的晶粒由原來的8級(jí)提高到12級(jí)，殘留奧氏體量較常規(guī)淬火有明顯減少，約10～15，相變區(qū)的馬氏體為針狀馬氏體和板條馬氏體的混合組織。激光快速加熱時(shí)間雖短，仍存在碳化物的不完全溶解以及碳和合金元素的不充分?jǐn)U散，擴(kuò)散距離約數(shù)百nm數(shù)量級(jí)，碳化物的溶解以尖角-均勻溶解機(jī)制進(jìn)行。激光相變硬化層的硬度峰值為946HV，紅硬性比常規(guī)淬火高出80℃，640℃回火后硬度峰值達(dá)到1003HV，耐磨性較常規(guī)熱處理提高1～2.8倍，經(jīng)640℃回火后耐磨性提高5.3～8.1倍，刀具的切削性能提高2倍以上。上海工程技術(shù)大學(xué)[3]研究了硼鑄鐵的激光熱處理，研究表明：硼鑄鐵經(jīng)激光處理后，磨損值降低45.7。激光熱處理提高硼鑄鐵耐磨性的原因是激光硬化層的高硬度及合理的硬度梯度以及局部熔化區(qū)對(duì)石墨片割裂的封閉。關(guān)于強(qiáng)化機(jī)理的研究還有許多精彩的報(bào)道，限于篇幅無法一一列出，但這些工作已經(jīng)并將繼續(xù)為激光相變硬化的工程應(yīng)用作出積極的貢獻(xiàn)。

2.2　激光相變硬化的溫度場(chǎng)及相變硬化區(qū)尺寸的計(jì)算

為了實(shí)現(xiàn)激光相變硬化工藝的計(jì)算機(jī)控制，早日達(dá)到實(shí)際應(yīng)用，正努力解決兩個(gè)問題：①快速計(jì)算；②減少計(jì)算與實(shí)際間的誤差。昆明理工大學(xué)[4]對(duì)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算公式進(jìn)行快速傅里葉(Fourier)變換，可以迅速對(duì)溫度場(chǎng)求解，在求解過程中已不必進(jìn)行關(guān)于時(shí)間的積分運(yùn)算，使計(jì)算速度顯著增加，與同精度的有限元或有限差分等純數(shù)值計(jì)算相比，計(jì)算速度快兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。實(shí)際證實(shí)，計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果之間的相對(duì)誤差在10左右。對(duì)瞬態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算公式，利用快速Fourier變換[5]，即FFT技術(shù)，可使溫度場(chǎng)的求解速度大大加快，效果與穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)時(shí)相同。此方法適于任意給定的激光功率密度分布。如果能有效監(jiān)測(cè)實(shí)際光束的功率密度分布，并能迅速計(jì)算激光與物質(zhì)的相互熱作用，對(duì)于保證激光熱處理的質(zhì)量有重要意義。上海海運(yùn)學(xué)院[6]采用非穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)熱源解法，導(dǎo)出了描述激光淬火對(duì)零件內(nèi)部熱循環(huán)過程及快速估算硬化層深度的近似公式，簡(jiǎn)便實(shí)用，誤差較小。

我們知道，在激光作用下材料吸收激光能量的過程和隨后往內(nèi)部傳遞熱能的過程應(yīng)該遵守?zé)崃W(xué)的基本定律，但它明顯地有著自身的特殊性，如熱過程速度極快、溫度梯度大、激光束斑的功率