激光热处理可选择性地改变材料表面，利用快速加热和受控自淬火来诱导微观结构的增强，同时保持其结构的完整性。本文概述了激光热处理、其工作原理、所涉及的各种技术和工艺、各行业的主要应用以及这项快速发展技术的未来前景。

激光热处理： 概述
激光热处理是一种表面工程技术，它使用高功率激光束有选择地改变金属表面的成分、结构和性能。它通常应用于需要增强耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀性的钢材和铸铁材料。 

与传统的热处理技术相比，激光热处理具有独特的能力，可以精确地针对特定区域进行性能改进，同时保持底层材料的完整性。这种精确定位使表面改性没有翘曲或开裂的风险，从而使激光热处理成为一种高度精确、用途广泛的方法，适用于不同行业的各种零件和产品。

激光热处理的工作原理是什么？
激光热处理首先将激光能量聚焦到金属表面，金属表面会吸收激光能量。这种吸收会引发金属内部电子的激发，导致电子与金属晶格结构之间的碰撞。因此，热量迅速从金属表面传递到内部，从而产生高冷却率，这是实现表面硬化的关键因素。

激光热处理的与众不同之处在于它的高功率密度，这意味着大量能量集中在一个很小的区域，使处理区域迅速达到所需的温度。激光加热后，大部分工件仍处于较低温度，通过金属内部的热传导，促进受控自淬。

这将引起微观结构的变化，如相变、碳化物溶解和晶粒细化，最终形成具有更佳性能的表面层，同时保持部件的整体完整性。

主要激光热处理工艺
激光热处理技术采用以下三种不同的方法：

转化硬化
激光转化硬化是最常见的激光热处理工艺，它使用高功率激光快速加热铁合金的浅表层，使其超过奥氏体化温度。这会消除微观结构带状并扩散碳，产生均匀的马氏体或贝氏体结构。硬化深度由激光功率和作用时间控制。

这种方法在提高极限硬度的同时最大限度地减少了变形，使发动机零件、切削工具、模具和轴承等部件的使用寿命大大延长。

激光退火
激光退火使用低功率激光对金属进行足够的加热，以消除应力、恢复延展性并消除冷加工的影响--所有这一切都不会熔化。虽然激光退火不如转化硬化常见，但在提高钢带子午线轮胎钢丝的疲劳强度和修复有错位孔的铸铝外壳方面也有应用。

激光表面熔化
激光表面熔化是指使用高功率激光在表面熔化一薄层金属，然后使其自淬。该工艺可完善表面的微观结构和成分。它还能使合金均匀化，溶解有害夹杂物，提高铝、镍和青铜船舶推进器的耐腐蚀性。

虽然熔化最初可能会导致粗糙，但性能的提高往往能证明额外的平滑步骤是合理的。例如，重熔铸铁凸轮轴的叶片可形成均匀、耐磨的马氏体壳体。

激光热处理的工业应用
激光热处理目前已广泛应用于要求高耐磨性的行业。
激光热处理在汽车行业的应用
在汽车行业，激光热处理被应用于发动机的关键部件，包括汽缸体、缸套和曲轴。例如，通用汽车公司使用高功率 CO2 激光对换向器外壳的内表面进行部分硬化，从而将工作效率显著提高了四倍，日产量达到 30,000 套。

机车制造中的激光热处理
大型机车制造业越来越多地采用激光热处理技术来提高机车的耐用性。其中包括对机车柴油发动机的曲轴、气缸套和主弹簧等关键部件进行处理。

除制造外，在机车生产中使用的复杂、高精度模具制造工艺中，模具表面的激光热处理也越来越受到认可。这种技术可以使模具的寿命延长一倍，而不受形状或尺寸的限制。

钢铁工业中的激光热处理
钢铁工业中的激光热处理为冲压模具等耐磨钢件提供了多种硬化选择。它有助于使铸铁的表面硬度超过 60 HRC，中碳钢和高碳钢的表面硬度超过 70 HRC。这样既能增强耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀性和抗氧化性，又不会产生脆性。

激光热处理的未来
激光技术的不断进步，如大功率激光器、机器人自动化和创新的混合工艺，将使激光热处理变得更快、更灵活。工业 4.0 连接和数据分析将优化激光系统，而为激光处理量身定制的专用合金将提高材料性能。这种变革性的制造工艺有望在各行各业得到更广泛的应用，从而促进高性能产品的制造。

参考资料

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作者：Owais Ali