激光技術是一種高能密度的技術,該技術具有無污染、高效、靈活易于實現(xiàn)自動化操作及優(yōu)異的處理層性能等優(yōu)點。近年來,激光技術在國外軍事工業(yè)上的應用越來越廣泛。美國、日本、德國、俄羅斯、英國等國對該項技術十分重視,并且已廣泛應用于戰(zhàn)斗機、武備、艦船等軍工領域,如各種復雜型面、微型構件、耐磨構件、耐熱構件、及破損件的修補等。
近年來,行業(yè)在激光加工技術領域集研究開發(fā)和應用于一體,先后開展了激光淬火、激光修復、激光合金化制備耐蝕耐磨層及各種材料的激光焊接和技術研究。
激光淬火是應用最廣泛的激光熱處理技術。這是一種表面局部淬火的新工藝,具有較多的特點和優(yōu)勢,該技術能夠處理鈦合金、鋁合金、合金鋼和碳鋼等材料。近年來國外軍工業(yè)對該技術的研究主要集中在飛行器、傳動構件、發(fā)動機關鍵件及炮管內(nèi)壁的表面強化。
激光淬火比常規(guī)淬火硬度高出20%以上,GCr15、T10和高速鋼等均可得到HV1000以上的硬度。MK10制導火箭發(fā)射系統(tǒng)點火區(qū)的阻斷凸輪,采用AⅡ4340鋼,用1.2KW激光表面處理代替原來的氮化處理,最高硬度由原來55HRC提高到62HRC。而在鈦葉片的處理中,激光淬火后的硬度提高了75%-125%。德國萊茵工業(yè)公司研究了激光相變硬化炮管線膛的新工藝方法,可硬化靠近炮口端的半膛,可獲得0.3-0.5mm硬化深度,表面硬度至少為HV650,解決了因炮口端陽膛線過量磨損而影響射彈外彈道飛行性能的問題。
例如,某型汽車模具僅能沖壓300件便需要停機進行修復,然而,采用激光淬火技術對其進行強化后,能夠?qū)㈣T鐵模具的硬度由原來HRC45提高至HRC55,使用壽命提高至35,000件,壽命提高100倍以上。
激光熔覆技術,是通過高能密度的激光束輻照作用,使預置的添加材料熔化在基材表面形成牢固的涂覆層,從而徹底改變材料表面性能的技術。
據(jù)1997年的有關文獻報道,加拿大埃德蒙頓激光所在AI6I4340鋼和試樣上激光包覆各種耐燒蝕、耐磨損涂層。研究表明,純鉬和Ta-10W合金涂層有望用作炮管內(nèi)膛涂層。模擬發(fā)射試驗表明,涂層使用壽命延長了60%。美國 Textron L ycoming Stratford Div對裝配BAe1 46直升機的 AL F50 2 R-5渦輪發(fā)動機第四級葉片阻尼面,也采用激光熔覆涂層強化處理。
激光熔覆的另一個應用方面是,對工件局部損壞區(qū)域的修復,修復后的工件大部分與原工件性能相當,甚至超過原工件的使用壽命。在美國俄克拉馬州 Tinker空軍基地的后勤維修中心,每年要有約1200臺發(fā)動機進行大修,其中葉片修復的成本費用平均值僅為更新葉片費用的20%,僅葉片修復一項每年可獲得若干億美元的效益,美國NASA Marshell航天中心對渦輪葉片的修復和強化進行了研究,使用激光表面熔覆的方法對磨損部位進行修復后,覆層組織致密均勻、無氣孔,與原材料為冶金結(jié)合。覆層厚度達0.6mm以上,試飛60小時后,發(fā)動機性能良好。不但節(jié)約了成本而且縮短了加工周期,具有顯著的經(jīng)濟效益。