硬化是施加在鋼件上的一種表面熱處理，其能大大增強(qiáng)鋼件的硬度。巴斯克大學(xué)（UPV/EHU）高性能制造研究組對(duì)一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)進(jìn)行了研究和微調(diào)從而得出了這一套工藝。它涉及了激光的使用，但是不同于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，其使用的是掃描光學(xué)，這使得其能在所處理的零件厚度上具有很大的適應(yīng)度。
鋼的硬度可以通過(guò)硬化來(lái)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于需要高耐磨性的鋼件如鋼板沖壓模具來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。首先進(jìn)行一個(gè)高達(dá)800-1000?C的加熱過(guò)程，然后進(jìn)行快速的冷卻。這會(huì)使得鋼的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
如果硬化使用激光來(lái)進(jìn)行，因?yàn)樗且粋€(gè)高度局域化的熱源，它會(huì)使得只有表面會(huì)被硬化，而將零件的核心保留在它們的原始狀態(tài)；“從而使得零件不那么脆，而且由于作用在上面的熱比較少，零件的扭曲也會(huì)小得多。最后，熱的作用會(huì)使零件變形，這意味著最后它必須用其他的方法來(lái)進(jìn)行表面處理，”Aitzol Lamikiz解釋說(shuō)，他是巴斯克大學(xué)機(jī)械工程系教授以及執(zhí)行這項(xiàng)研究的高性能制造研究組的成員。在工業(yè)中，激光硬化工藝從2000年開(kāi)始就已被使用。然而，根據(jù)Lamikiz說(shuō)，它有一個(gè)局限性：“激光以一個(gè)恒定的帶寬掃描，因而最后得到的硬化區(qū)的厚度也是恒定的。”
利用掃描光學(xué)來(lái)進(jìn)行激光硬化的試驗(yàn)零件。
為了使這項(xiàng)技術(shù)更靈活，巴斯克大學(xué)的這個(gè)研究小組決定評(píng)估一下在該工藝過(guò)程中采用移動(dòng)的掃描光學(xué)的可行性。他們所使用的光學(xué)系統(tǒng)（檢流計(jì)掃描儀）所起的作用是以一個(gè)很快的速度移動(dòng)一個(gè)非常小的激光器，逐線掃描表面。這樣，硬化寬度可以簡(jiǎn)單地通過(guò)改變程序參數(shù)來(lái)調(diào)整。通過(guò)將該硬化過(guò)程與刷墻相類比，Lamikiz解釋說(shuō)，傳統(tǒng)的激光硬化“就像是用一個(gè)滾筒來(lái)刷墻，所以其所刷的寬度對(duì)應(yīng)于滾筒的寬度。相反，在這種新技術(shù)中，我們用具有最細(xì)筆尖的記號(hào)筆代替了滾筒。”
在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)的第一件事是：“使用這種技術(shù)來(lái)進(jìn)行硬化是可能的。然后，我們逐漸看到了熱處理的結(jié)果是怎么隨著激光運(yùn)動(dòng)速度、所使用的功率等的不同而發(fā)生改變的，根據(jù)我們的測(cè)試，當(dāng)激光移動(dòng)速度非?？斓臅r(shí)候，其結(jié)果類似于傳統(tǒng)的工藝，”他說(shuō)。
充滿前景的結(jié)果
為了探索進(jìn)一步使用這種方法的可能性，巴斯克大學(xué)機(jī)械工程系與巴斯克自治區(qū)以及意大利Piedmont的公司一起合作進(jìn)行了一個(gè)名為Hardlas的項(xiàng)目來(lái)測(cè)試這個(gè)工藝能在多大程度上可行。“我們可以說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目是成功的，因?yàn)槲覀兛吹剿强尚械?，可以轉(zhuǎn)移到工業(yè)上，”該研究人員說(shuō)。
雖然他們已經(jīng)測(cè)試了該工藝過(guò)程的可行性，但若要達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的水平仍需要進(jìn)行幾個(gè)步驟。他們遇到的主要困難之一是控制該過(guò)程：“使被處理的材料達(dá)到所需要的溫度從而使熱處理得以發(fā)生很重要，但是溫度也不能超了，否則我們會(huì)使材料融化。在我們的工藝過(guò)程中，由于激光是不斷移動(dòng)，控制起來(lái)要復(fù)雜得多，”Lamikiz解釋說(shuō)。另一方面，測(cè)試是“在高校用的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上進(jìn)行的。而要在工業(yè)規(guī)模上使用該工藝過(guò)程，用更強(qiáng)大的，不同的激光器來(lái)在不同的材料上進(jìn)行測(cè)試非常重要，等等”他補(bǔ)充說(shuō)。
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