4 硬化層殘余應(yīng)力和耐磨性能
在激光硬化處理過程中，金屬材料表面組織結(jié)構(gòu)的變化及表面相對(duì)于材料內(nèi)部溫差的產(chǎn)生和消失，必將產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的大小和分布狀況對(duì)模具的實(shí)用性能有很大影響，激光硬化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力沿淬硬層深的分布情況如圖5。由圖5可見，激光相變硬化在模具表面產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力，能有效地防止疲勞裂紋的產(chǎn)生，提高模具的疲勞壽命。
模具表面的耐磨性能與材料的顯微結(jié)構(gòu)、晶粒大小、硬度高低、表面狀態(tài)等多種因素有關(guān)，而這些因素又受處理工藝參數(shù)的影響，因而激光強(qiáng)化的工藝參數(shù)直接影響模具的耐磨性能。圖6 和圖7為激光功率及掃描速度對(duì)35CrMn鋼耐磨性能的影響。由圖可見，在一定范圍內(nèi)，當(dāng)掃描速度一定時(shí)，提高功率耐磨性有所增加；在功率一定時(shí)，掃描速度的提高也有助于提高耐磨性。圖8為42CrMo材料經(jīng)激光處理(P=1200W,v=55mm/s,D=3.5mm)后與常規(guī)處理之間的磨損對(duì)比，可見采用激光強(qiáng)化技術(shù)能大大提高材料的耐磨性能。
5 結(jié)論
通過對(duì)幾種不同的模具材料所進(jìn)行的激光強(qiáng)化處理，并與實(shí)際工作情況進(jìn)行檢查對(duì)比，表明采用激光強(qiáng)化技術(shù)能大幅度提高模具的使用壽命，而冷沖模的強(qiáng)化效果更為明顯。如對(duì)T8A鋼制造的沖頭和Cr12Mo鋼制造的凹模進(jìn)行激光硬化處理，激光硬化層為0.15mm，硬度為1200HV，使用壽命明顯增加，由沖壓2.5萬件提高到10萬件，即壽命提高3～4倍。采用激光強(qiáng)化技術(shù)，其優(yōu)越性在于：
(1)可根據(jù)模具的形狀特點(diǎn)、使用要求在指定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，且對(duì)表面質(zhì)量沒有任何損傷。經(jīng)激光處理后的模具，不需后續(xù)加工即可直接投入生產(chǎn)使用，從而降低了模具的制造成本。
(2)通過編制專用的激光強(qiáng)化處理軟件，可實(shí)現(xiàn)激光處理工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)化、處理過程的計(jì)算機(jī)仿真模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)控及激光處理后表面組織結(jié)構(gòu)和性能的計(jì)算機(jī)預(yù)測，實(shí)現(xiàn)模具的復(fù)雜形狀和人工智能化的表面處理。
(3)采用激光熔覆和合金化等技術(shù)，可在廉價(jià)金屬材料表層得到任意成分的合金和相應(yīng)的微觀組織，從而獲得良好的綜合機(jī)械性能，改善和提高材料表面的耐磨、耐蝕和耐熱性能。這些技術(shù)用于報(bào)廢模具的修復(fù)和強(qiáng)化，具有較為廣泛的市場前景
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