激光表面淬火粉末冶金材料硬度分析

李一棟 楊書婕 王磊

摘 要：粉末冶金是一項能制造復雜形狀零件的，節材、省能、省工的機械結構零件制造技術，非常適合于大批量生產。本文對激光表面處理粉末冶金材料的硬度進行了分析。

關鍵詞：激光表面；冶金；硬度

粉末冶金是一門制造金屬粉末和以金屬粉末（包括有混入非金屬粉末者）為原料用成型——燒結制造材料或制品的技術學科。隨著科學技術的發展，許多工業技術上對材料的特殊要求，應用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。所以采用粉末冶金方法制取一部分現代工業應用的材料尤為必要。

由于孔隙的存在，粉末冶金凸輪的強度和耐磨性受到一定的限制。為解決這一問題，通常對其承載表面進行處理。激光處理是提高材料耐磨性的卓有成效的方法之一，它可以改變金屬材料表面的化學成分，顯微組織和力學性能，獲得很好的耐磨損和耐腐蝕表層。

本文通過對粉末冶金材料激光表面淬火速度、功率對材料硬度的影響進行了研究。

1 試驗方案

1.1 材料的制備

本試驗采用的粉末冶金試樣化學成分見表1。采用日本產的預合金化鐵粉，其篩分析見表2。添加的合金素粉末為瑞士生產，其粒度為0.015mm。

經篩分析后，預合金化鐵粉、添加元素金屬粉和硬脂酸鋅類的粉末潤滑劑等在滾筒式混粉機中進行充分混合。

PM試樣壓制采用單軸雙向壓制法，它是一種有對置的兩個單軸相向成形的方法。壓制時，陰膜固定不動，上、下磨沖從兩個方向進行加壓，壓坯由下膜沖上升脫出。這種方法成形的壓坯上、下密度比較均一，在PM汽車零件生產中比較常用。

壓制完成后，把試棒壓坯送入網帶式傳送燒結爐中在氮基保護氣氛下燒結，燒結溫度為1250～1300℃。

燒結時，脆弱的粉末壓坯在保護氣氛中加熱，通過原子遷移，使粉末顆粒形成凝聚體和使混入的合金元素合金化，從而獲得所要求的物理—力學性能。

線切割加工PM試棒成10*20*30mm的試樣，磨損表面經磨削加工。

1.2 激光熱處理工藝

為了改善粉末冶金材料的強度、硬度及耐磨性，對試樣進行了不同工藝參數的激光淬火處理。

所用設備5kwHJ-4型工業用橫流CO2激光器及JKJ-5型激光寬帶鏡，激光相變硬化帶寬10mm。

1.3 試樣硬度的測量

采用日本SHIMADZU公司生產的HMV—2000型顯微硬度計測量激光處理后試樣表面硬度的變化，尋找激光處理的工藝參數和層深之間的關系。硬度計壓頭載荷為300、1000克，加載時間為20秒鐘。

2 試驗結果與討論

從表3中可以看出，激光處理硬化層中，最硬層位于次表層。出現這種情況的主要原因是：

1）燒結過程中表面脫碳；

2）激光處理中試樣表面產生一薄層的凝固態組織。

其原因是，激光表面處理可以達到一定的層深，在這個范圍內，硬度較高；過了這個區域后，是激光處理的熱影響區，隨著層深的加大硬度逐漸下降；過了熱影響區后，即心部未受激光影響的區域，硬度為心部硬度，故保持不變。

從表4中可以看出，當激光速度不變時，激光功率為3000W時材料的硬度最大；

當激光功率不變時，激光速度為10mm/S時材料的硬度最大，可以達到1000HV以上。

參考文獻：

[1] 梁工英，楊琛，蘇俊義.激光表面處理對球墨鑄鐵沖蝕性能的影響.摩擦學學報，第20卷，第2期，2000.

[2] 關振中.激光加工工藝手冊.中國計量出版社，1998（6）.

作者簡介：

李一棟（1978-），碩士，黑龍江職業學院機械工程學院副教授，研究方向：機械制造、材料工程。