激光表面淬火粉末冶金材料硬度分析

材料的硬度进行了分析。

关键词：激光表面；冶金；硬度

粉末冶金是一门制造金属粉末和以金属粉末（包括有混入非金属粉末者）为原料用成型——烧结制造材料或制品的技术学科。随着科学技术的发展，许多工业技术上对材料的特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。所以采用粉末冶金方法制取一部分现代工业应用的材料尤为必要。

由于孔隙的存在，粉末冶金凸轮的强度和耐磨性受到一定的限制。为解决这一问题，通常对其承载表面进行处理。激光处理是提高材料耐磨性的卓有成效的方法之一，它可以改变金属材料表面的化学成分，显微组织和力学性能，获得很好的耐磨损和耐腐蚀表层。

本文通过对粉末冶金材料激光表面淬火速度、功率对材料硬度的影响进行了研究。

1 试验方案

1.1 材料的制备

本试验采用的粉末冶金试样化学成分见表1。采用日本产的预合金化铁粉，其筛分析见表2。添加的合金素粉末为瑞士生产，其粒度为0.015mm。

经筛分析后，预合金化铁粉、添加元素金属粉和硬脂酸锌类的粉末润滑剂等在滚筒式混粉机中进行充分混合。

PM试样压制采用单轴双向压制法，它是一种有对置的两个单轴相向成形的方法。压制时，阴膜固定不动，上、下磨冲从两个方向进行加压，压坯由下膜冲上升脱出。这种方法成形的压坯上、下密度比较均一，在PM汽车零件生产中比较常用。

压制完成后，把试棒压坯送入网带式传送烧结炉中在氮基保护气氛下烧结，烧结温度为1250～1300℃。

烧结时，脆弱的粉末压坯在保护气氛中加热，通过原子迁移，使粉末颗粒形成凝聚体和使混入的合金元素合金化，从而获得所要求的物理—力学性能。

线切割加工PM试棒成10*20*30mm的试样，磨损表面经磨削加工。

1.2 激光热处理工艺

为了改善粉末冶金材料的强度、硬度及耐磨性，对试样进行了不同工艺参数的激光淬火处理。

所用设备5kwHJ-4型工业用横流CO2激光器及JKJ-5型激光宽带镜，激光相变硬化带宽10mm。

1.3 试样硬度的测量

采用日本SHIMADZU公司生产的HMV—2000型显微硬度计测量激光处理后试样表面硬度的变化，寻找激光处理的工艺参数和层深之间的关系。硬度计压头载荷为300、1000克，加载时间为20秒钟。

2 试验结果与讨论

从表3中可以看出，激光处理硬化层中，最硬层位于次表层。出现这种情况的主要原因是：

1）烧结过程中表面脱碳；

2）激光处理中试样表面产生一薄层的凝固态组织。

其原因是，激光表面处理可以达到一定的层深，在这个范围内，硬度较高；过了这个区域后，是激光处理的热影响区，随着层深的加大硬度逐渐下降；过了热影响区后，即心部未受激光影响的区域，硬度为心部硬度，故保持不变。

从表4中可以看出，当激光速度不变时，激光功率为3000W时材料的硬度最大；

当激光功率不变时，激光速度为10mm/S时材料的硬度最大，可以达到1000HV以上。

参考文献：

[1] 梁工英，杨琛，苏俊义.激光表面处理对球墨铸铁冲蚀性能的影响.摩擦学学报，第20卷，第2期，2000.

[2] 关振中.激光加工工艺手册.中国计量出版社，1998（6）.

作者简介：

李一栋（1978-），硕士，黑龙江职业学院机械工程学院副教授，研究方向：机械制造、材料工程。