一、引言

切削加工是基本而又常用的精密加工手段，在機(jī)械、電機(jī)、電子等各種產(chǎn)業(yè)部分中都起著重要的作用，決定切削加工效率的因素很多如機(jī)床、刀具、工件等，其中刀具是最活躍的因素。而刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面質(zhì)量的優(yōu)劣等等，在很大程度上取決于刀具材料的機(jī)械性能和加工性能，因此人們不斷地研究開發(fā)新的刀具材料。但新材料的開發(fā)速度常常與現(xiàn)代切削加工生產(chǎn)要求存在一定的差距，如在高速切削300～1000m/min切削鋼、90～200m/min切削鈦合金等要達(dá)到這樣高的切削速度，就要發(fā)展具有更加優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性及高溫?zé)峥拐裥缘牡毒卟牧?，加速刀具材料的研究與開發(fā)，合理選用刀具材料是推動(dòng)高速切削技術(shù)廣泛應(yīng)用的重要前提。

激光加工是激光應(yīng)用的首要領(lǐng)域，在此領(lǐng)域中激光對物體材料的強(qiáng)化處理占有很重要的位置，特別是對材料表面可進(jìn)行多種強(qiáng)化處理。

在刀具材料改性中主要應(yīng)用的是熔化處理，熔化處理是金屬材料表面在激光束照射下成為溶化狀態(tài)，同時(shí)迅速凝固，產(chǎn)生新的表面層。根據(jù)材料表面組織變化情況，可分為合金化、溶覆、重溶細(xì)化、上釉和表面復(fù)合化等。激光熔凝是用適當(dāng)?shù)膮?shù)的激光輻照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，獲得較為細(xì)化均質(zhì)的組織和所需性質(zhì)的表面改性技術(shù)。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.表面熔化時(shí)一般不添加任何金屬元素，熔凝層與材料基體形成冶金結(jié)合。

2.在激光熔凝過程中，可以排除雜質(zhì)和氣體，同時(shí)急冷重結(jié)晶獲得的雜志有較高的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。

3.其熔層薄、熱作用區(qū)小，對表面粗糙度和工件尺寸影響不大。有時(shí)可不再進(jìn)行后續(xù)磨光而直接使用。

4.提高溶質(zhì)原子在基體中固溶度極限，晶粒及第二相質(zhì)點(diǎn)超細(xì)化，形成亞穩(wěn)相可獲得無擴(kuò)散的單一晶體結(jié)構(gòu)甚至非晶態(tài)，從而使生成的新型合金獲得傳統(tǒng)方法得不到的優(yōu)良性能。

5.光束可以通過光路導(dǎo)向，因而可以處理零件特殊位置和形狀復(fù)雜的表面。

二、刀具材料激光表面改性國內(nèi)外研究概況

目前國內(nèi)外與此相關(guān)的文獻(xiàn)較多，如利用XeCl準(zhǔn)分子激光器（波長308nm）照射Al2O3-SiC納米復(fù)合陶瓷試樣，能量密度在0.8J/cm3～6.0J/cm3范圍內(nèi)，照射后，表面缺陷消除，形成連續(xù)分布的光滑平整的熔化層，并出現(xiàn)亞穩(wěn)相γ-Al2O3，由于表面形貌的改善和結(jié)構(gòu)的變化,使表面韌性得到提高。W18Cr 4V車刀表面經(jīng)激光涂覆處理后，對于深切削、快速切削和切削特硬，耐磨性有明顯的提高，若以后刀面磨鈍為標(biāo)準(zhǔn),提高近250％；若以前刀面磨鈍為標(biāo)準(zhǔn),提高200％；若以破損為標(biāo)準(zhǔn)，提高近100％。此外車刀前刀面激光處理后，后刀面的耐磨性有明顯增長；后刀面激光處理后，前刀面抗月牙洼磨損能力也有一定的提高，但增長幅度不及前者。北京工業(yè)大學(xué)的宣崇武、張連寶利用激光表面合金化新技術(shù)，改變木材加工刀片的表面成分，以提高刀片韌性。激光表面合金化所得的合金化層與刀片基體之間是一種冶金結(jié)合，結(jié)合力優(yōu)于各種噴涂層。最佳產(chǎn)品一次刃磨平均產(chǎn)量<20t，但刀片本身折損率>30％。激光合金化處理后的刀片，一次刃磨壽命比最佳產(chǎn)品平均提高3倍左右，且刀刃不崩、不卷、不折斷，稍加磨刃可繼續(xù)使用。無錫冶金機(jī)械廠的李良福在用激光加工法提高刀具耐用度的經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，激光強(qiáng)化對改善各種刀具的工作能力有較好的效果。例如T8A、T10A、CrWMn和9Cr鋼模具的耐用度可提高若干倍，成型模的壽命較一般熱處理后的使用壽命可提高15-19倍，較氮化鈷耐磨層的模具提高0.5-1倍。前蘇聯(lián)曾對WC85%+Co15%和WC92%+Co8%兩種硬質(zhì)合金粉末進(jìn)行激光熔覆試驗(yàn)，使用35-30J的固體脈沖激光和0.1，0.5，1-3Kw的連續(xù)CO2激光器，掃描速度2.2-17mm/s，在Y8A工具鋼基體上熔覆（WC92+Co8）粉末所得最高顯微硬度為HV1180。KJ.Schmaxtjko利用準(zhǔn)分子激光對陶瓷材料(Al2O3、ZnO2、Si3N4)的表面直接進(jìn)行重熔改性，結(jié)果表明：陶瓷材料的表面粗糙度從激光改性前的10-15μm，下降到1-4μm，且孔隙率大大下降。A.Detitbon的重熔方式可使表面裂紋和孔隙至少下降50%。

最近幾年，激光對各種刀具材料表面強(qiáng)化都有不同程度的報(bào)導(dǎo)[5,6]，也有人直接研究了激光對高速刀具的表面強(qiáng)化，雖然激光合金化和熔覆陶瓷層已經(jīng)取得了關(guān)鍵性的進(jìn)展，但是在工業(yè)實(shí)際批量化應(yīng)用較少，特別是在刀具材料改性方面。