利用掃描光學來進行激光硬化的試驗零件。
硬化是施加在鋼件上的一種表面熱處理，其能大大增強鋼件的硬度。巴斯克大學（UPV/EHU）高性能制造研究組對一項創(chuàng)新性技術進行了研究和微調(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，這使得其能在所處理的零件厚度上具有很大的適應度。
鋼的硬度可以通過硬化來實現(xiàn)，這對于需要高耐磨性的鋼件如鋼板沖壓模具來說至關重要。首先進行一個高達800-1000ºC的加熱過程，然后進行快速的冷卻。這會使得鋼的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
如果硬化使用激光來進行，因為它是一個高度局域化的熱源，它會使得只有表面會被硬化，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，零件的扭曲也會小得多。最后，熱的作用會使零件變形，這意味著最后它必須用其他的方法來進行表面處理，”Aitzol Lamikiz解釋說，他是巴斯克大學機械工程系教授以及執(zhí)行這項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年開始就已被使用。然而，根據(jù)Lamikiz說，它有一個局限性：“激光以一個恒定的帶寬掃描，因而最后得到的硬化區(qū)的厚度也是恒定的。”
為了使這項技術更靈活，巴斯克大學的這個研究小組決定評估一下在該工藝過程中采用移動的掃描光學的可行性。他們所使用的光學系統(tǒng)（檢流計掃描儀）所起的作用是以一個很快的速度移動一個非常小的激光器，逐線掃描表面。這樣，硬化寬度可以簡單地通過改變程序參數(shù)來調(diào)整。通過將該硬化過程與刷墻相類比，Lamikiz解釋說，傳統(tǒng)的激光硬化“就像是用一個滾筒來刷墻，所以其所刷的寬度對應于滾筒的寬度。相反，在這種新技術中，我們用具有最細筆尖的記號筆代替了滾筒。”
在進行的實驗中，他們發(fā)現(xiàn)的第一件事是：“使用這種技術來進行硬化是可能的。然后，我們逐漸看到了熱處理的結(jié)果是怎么隨著激光運動速度、所使用的功率等的不同而發(fā)生改變的，根據(jù)我們的測試，當激光移動速度非?？斓臅r候，其結(jié)果類似于傳統(tǒng)的工藝，”他說。
充滿前景的結(jié)果
為了探索進一步使用這種方法的可能性，巴斯克大學機械工程系與巴斯克自治區(qū)以及意大利Piedmont的公司一起合作進行了一個名為Hardlas的項目來測試這個工藝能在多大程度上可行。“我們可以說，這個項目是成功的，因為我們看到它是可行的，可以轉(zhuǎn)移到工業(yè)上，”該研究人員說。
雖然他們已經(jīng)測試了該工藝過程的可行性，但若要達到工業(yè)生產(chǎn)的水平仍需要進行幾個步驟。他們遇到的主要困難之一是控制該過程：“使被處理的材料達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，否則我們會使材料融化。在我們的工藝過程中，由于激光是不斷移動，控制起來要復雜得多，”Lamikiz解釋說。另一方面，測試是“在高校用的實驗室設備上進行的。而要在工業(yè)規(guī)模上使用該工藝過程，用更強大的，不同的激光器來在不同的材料上進行測試非常重要，等等”他補充說。
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