高能束表面改性技术.ppt

*第12章高能束表面改性技术*第12章高能束表面改性技术§ 概论§ 激光表面改性技术§ 电子束表面改性§ 离子束表面改性*§§,定向作用在金属表面,使其产生物理、化学或相结构转变,从而达到表面改性的目的,这种处理方式称为高能束表面改性。*归纳起来,高能束表面改性的共同特点是:1、高能束热源作用在材料表面上的功率密度高、作用时间极其短暂,即加热速度快、冷却速度亦快,处理效率高。高能束表面改性的加热速度在理论上讲可以达到1012℃/s。*当高能束加热金属时,加热速度高达5×103℃/s以上在如此高的加热速度下,金属共析转变温度在Ac1点上升100℃以上。因此高能束表面改性时允许金属表面温度在熔化温度和相变Ac1点之间变化,尽管过热度较大,而不致发生过热或过烧现象。激光束、电子束、离子束经过聚焦后作用在金属表面上的特征几乎完全相同。例如高能束作用在金属表面,其过热度和过冷度均大于常规热处理,因此表面硬度也高于常规处理5~10HRC。*2、高能束表面改性是靠束流作用在金属表面上,对金属进行加热,属非接触式加热,没有机械应力作用。由于高能束加热速度和冷却速度都很快,而且束斑小,被处理材料周围热影响区极小、热应力极小,因此工件变形也小。*3、高能束加热的面积可根据需要任意选择,一般大面积处理,可采用高能束叠加扫描方法。所获得的最小加热面积取决于高能束聚焦后的最小光斑。因此、可以应用在尺寸很小的工件或工件中凹陷部分,盲孔的底部等用普通加热方法难以实现的特殊部位。4、高能束加热的可控性能好,通过磁场或电场信号对激光束、电子束、离子束的强度、位置、聚焦等参数可用计算机精确控制,便于实现自动化处理。5、高能束热源,尤其是激光束可以远距离传输或通过真空室对特种放射性或易氧化材料进行表面处理。对激光束、电子束而言、高能束表面改性金属表面将会产生200~800MPa的残余压应力,从而大大提高了金属表面的疲劳强度。6、由于高能束作用面积小,金属本身的热容量足以使被处理的表面骤冷,其冷却速度高达104℃/s以上。保证完成马氏体的转变;在急冷条件下,可抑制碳化物的析出,从而减少脆性相的影响。并能获得隐晶马氏体组织。由于高能束加热速度快,奥氏体长大及碳原子和合金原子的扩散受到抑制,可获得细化和超细化的金属表面。高能束表面改性是靠工件自身冷却淬火,它不需要任何冷却介质。因此处理环境清洁,无污染。*§、按高能束束流特征分类按目前高能束的工业应用和发展状况,分为激光束、电子束和离子束。激光(Laser)的英文全称为:lightamplificationbystimulatedemissionofradiation的简称。其含义是受激发射的光放大。用这种光束对材料进行辐射时,可使材料表面的温度瞬时上升至相变点、熔点甚至沸点以上,从而使材料表面产生一系列物理的或化学的现象。这种处理方法称为激光束表面改性。