李一棟 楊書(shū)婕 王磊

摘 要：粉末冶金是一項(xiàng)能制造復(fù)雜形狀零件的，節(jié)材、省能、省工的機(jī)械結(jié)構(gòu)零件制造技術(shù)，非常適合于大批量生產(chǎn)。本文對(duì)激光表面處理粉末冶金材料的硬度進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：激光表面；冶金；硬度

粉末冶金是一門(mén)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(jié)制造材料或制品的技術(shù)學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多工業(yè)技術(shù)上對(duì)材料的特殊要求，應(yīng)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(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的材料尤為必要。

由于孔隙的存在，粉末冶金凸輪的強(qiáng)度和耐磨性受到一定的限制。為解決這一問(wèn)題，通常對(duì)其承載表面進(jìn)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(xué)成分，顯微組織和力學(xué)性能，獲得很好的耐磨損和耐腐蝕表層。

本文通過(guò)對(duì)粉末冶金材料激光表面淬火速度、功率對(duì)材料硬度的影響進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)方案

1.1 材料的制備

本試驗(yàn)采用的粉末冶金試樣化學(xué)成分見(jiàn)表1。采用日本產(chǎn)的預(yù)合金化鐵粉，其篩分析見(jiàn)表2。添加的合金素粉末為瑞士生產(chǎn)，其粒度為0.015mm。

經(jīng)篩分析后，預(yù)合金化鐵粉、添加元素金屬粉和硬脂酸鋅類(lèi)的粉末潤(rùn)滑劑等在滾筒式混粉機(jī)中進(jìn)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(duì)置的兩個(gè)單軸相向成形的方法。壓制時(shí)，陰膜固定不動(dòng)，上、下磨沖從兩個(gè)方向進(jìn)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(chē)零件生產(chǎn)中比較常用。

壓制完成后，把試棒壓坯送入網(wǎng)帶式傳送燒結(jié)爐中在氮基保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1250～1300℃。

燒結(jié)時(shí)，脆弱的粉末壓坯在保護(hù)氣氛中加熱，通過(guò)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(xué)性能。

線切割加工PM試棒成10*20*30mm的試樣，磨損表面經(jīng)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(qiáng)度、硬度及耐磨性，對(duì)試樣進(jìn)行了不同工藝參數(shù)的激光淬火處理。

所用設(shè)備5kwHJ-4型工業(yè)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(cè)量

采用日本SHIMADZU公司生產(chǎn)的HMV—2000型顯微硬度計(jì)測(cè)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(shù)和層深之間的關(guān)系。硬度計(jì)壓頭載荷為300、1000克，加載時(shí)間為20秒鐘。

2 試驗(yàn)結(jié)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(xiàn)這種情況的主要原因是：

1）燒結(jié)過(guò)程中表面脫碳；

2）激光處理中試樣表面產(chǎn)生一薄層的凝固態(tài)組織。

其原因是，激光表面處理可以達(dá)到一定的層深，在這個(gè)范圍內(nèi)，硬度較高；過(guò)了這個(gè)區(qū)域后，是激光處理的熱影響區(qū)，隨著層深的加大硬度逐漸下降；過(guò)了熱影響區(qū)后，即心部未受激光影響的區(qū)域，硬度為心部硬度，故保持不變。

從表4中可以看出，當(dāng)激光速度不變時(shí)，激光功率為3000W時(shí)材料的硬度最大；

當(dāng)激光功率不變時(shí)，激光速度為10mm/S時(shí)材料的硬度最大，可以達(dá)到1000HV以上。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁工英，楊琛，蘇俊義.激光表面處理對(duì)球墨鑄鐵沖蝕性能的影響.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，第20卷，第2期，2000.

[2] 關(guān)振中.激光加工工藝手冊(cè).中國(guó)計(jì)量出版社，1998（6）.

作者簡(jiǎn)介：

李一棟（1978-），碩士，黑龍江職業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院副教授，研究方向：機(jī)械制造、材料工程。