任務(wù)4-2 激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用

1、 激光加工設(shè)備單元教學(xué)設(shè)計 項目4 激光熱處理設(shè)備 任務(wù)2 激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用授課班級上課時間 年 月 日 第 節(jié)上課地點所需課時4教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)通過對激光淬火、激光合金化、激光熔覆等技術(shù)的了解，培養(yǎng)學(xué)生閱讀、處理問題的能力。了解激光淬火、激光合金化、激光熔覆等技術(shù)重點難點及解決方法重點：激光淬火、激光合金化難點：激光淬火、激光合金化等技術(shù)的原理1、通過實物觀摩，增強學(xué)生的直觀印象，為解決本單元的教學(xué)重點打好基礎(chǔ)。2、通過觀摩和講解，并用多媒體手段，突破本課的難點。參考資料王中林.激光加工設(shè)備與工藝M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011. 鄭啟光.激光加工工藝與設(shè)備M. 北

2、京：機械工業(yè)出版社，2010. 王秀軍.激光加工實訓(xùn)技能指導(dǎo)（下冊）M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014教學(xué)設(shè)計基本框架第一部分：組織教學(xué)和復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容 （時間： 分鐘）提問：1.簡述激光熱處理的種類和主要工藝影響參數(shù)。 2.激光熱處理的分類有哪些？第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的 （時間： 分鐘） 了解激光淬火、激光合金化、激光熔覆等技術(shù)【步驟二】 新知識的引入 （時間： 分鐘）目前，激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用在我國尚不普遍，主要是人們對激光技術(shù)的應(yīng)用，還存在不同程度的神秘化和偏見。激光技術(shù)、激光熱處理應(yīng)用推廣宣傳不夠，缺乏實踐。因此應(yīng)盡快把激光技術(shù)的科研成果，特別是激

3、光熱處理技術(shù)面向經(jīng)濟、面向市場、面向全社會，主要是為工業(yè)企業(yè)服務(wù)，不斷推廣，擴大其應(yīng)用。下面介紹幾種常見的熱處理技術(shù)的應(yīng)用。 【步驟三】新知識學(xué)習(xí) （時間： 分鐘）知識點一 ：激光淬火1.激光淬火概念激光淬火是利用激光將材料表面加熱到相變點以上，隨著材料自身冷卻，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而使材料表面硬化的淬火技術(shù)。激光淬火的功率密度高，冷卻速度快，不需要水或油等冷卻介質(zhì)，是清潔、快速的淬火工藝。與感應(yīng)淬火、火焰淬火、滲碳淬火工藝相比，激光淬火淬硬層均勻，硬度高(一般比感應(yīng)淬火高1-3HRC)，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡容易控制，易于實現(xiàn)自動化，不需要象感應(yīng)淬火那樣根據(jù)不同的零件尺寸設(shè)計相應(yīng)

4、的感應(yīng)線圈，對大型零件的加工也無須受到滲碳淬火等化學(xué)熱處理時爐膛尺寸的限制，因此在很多工業(yè)領(lǐng)域中正逐步取代感應(yīng)淬火和化學(xué)熱處理等傳統(tǒng)工藝。尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略，因此特別適合高精度要求的零件表面處理。激光淬火技術(shù)可對各種導(dǎo)軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內(nèi)壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進行表面強化。適用材料為中、高碳鋼，鑄鐵。2.激光淬火的應(yīng)用激光淬火強化的鑄鐵發(fā)動機汽缸移動圖冊，其硬度提高HB230提高到HB680，使用壽命提高23倍，如圖所示。情景展示：播放激光淬火視頻。設(shè)問：1、什么是激光淬火？ 2、激光淬火的主要應(yīng)用有哪些？ 知識點二：激光合金化1、 激光合金

5、化概念 激光表面合金化是利用高能密度的激光束快速加熱熔化特性，使基材表層和添加的合金元素熔化混合，從而形成以原基材為基的新的表面合金層。2、激光合金化的特點激光表面合金化是達到表面強化的方法。該技術(shù)的特點是：一能在材料表面進行各種合金元素的合金化，改善材料表面的性能；二能在零件需要強化部部位進行局部處理。所以對節(jié)能、節(jié)材，提高產(chǎn)品零件的使用壽命具有重大的意義。情景展示：播放激光合金化視頻。設(shè)問：1、什么是激光合金化？ 2、激光合金化的主要應(yīng)用有哪些？知識點三：激光熔覆1、激光熔覆概念激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之

6、與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。2、激光熔覆的應(yīng)用從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來看，其主要應(yīng)用于三個方面。一是對材料的表面改性，如燃汽輪機葉片，軋輥，齒輪等；二是對產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強度可達到原強度的90%以上，其修復(fù)費用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運行所必須解決的轉(zhuǎn)動部件快速搶修難題。另外，對關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命，對模具表面進行激光熔覆處理，不僅提高模具強度，還可以降低2/3的制造成本，縮短

7、4/5的制造周期。三是快速原型制造。利用金屬粉末的逐層燒結(jié)疊加，快速制造出模型。利用激光熔敷技術(shù)快速制造零件的技術(shù)等。情景展示：播放激光熔覆視頻。設(shè)問：1、什么是激光熔覆？ 2、激光熔覆的主要應(yīng)用有哪些？ 知識點四：激光快速成形技術(shù)利用激光束掃描如金屬板材誘發(fā)的內(nèi)部非均勻分布的熱應(yīng)力，使板材發(fā)生局部塑性屈服，從而使板材產(chǎn)生一定角度的彎曲變形。激光加熱彎曲成形是基于材料的熱脹冷縮特性，利用高能激光束掃描金屬薄板表面，在熱作用區(qū)產(chǎn)生強烈的溫度梯度，導(dǎo)致非均勻分布的熱應(yīng)力，使金屬板材發(fā)生塑性變形的工藝方法。目前，激光快速成型技術(shù)已在工業(yè)造型、機械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫(yī)學(xué)、考

8、古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。情景展示：播放激光快速成型視頻。設(shè)問：1、什么是激光快速成型？ 2、激光快速成型的應(yīng)用有哪些？知識點五：激光清洗與毛化技術(shù)1、激光清洗技術(shù)激光清洗傳統(tǒng)清洗工業(yè)有各種各樣的清洗方式，多是利用化學(xué)藥劑和機械方法進行清洗。在我國環(huán)境保護法規(guī)要求越來越嚴(yán)格、人們環(huán)保和安全意識日益增強的今天，工業(yè)生產(chǎn)清洗中可以使用的化學(xué)藥品種類將變得越來越少。如何尋找更清潔，且不具損傷性的清洗方式是我們不得不考慮的問題。而激光清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應(yīng)和適用于各種材質(zhì)的物體等清洗特點，被認為是最可靠、最有效的解決辦法。同時，激光清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無法解決的

9、問題。激光清洗不但可以用來清洗有機的污染物，也可以用來清洗無機物，包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實際應(yīng)用情況，這些技術(shù)已非常成熟，已被廣泛應(yīng)用。2、激光毛化技術(shù)技術(shù)激光毛化技術(shù)是指采用高能量，高重復(fù)頻率的脈沖激光束在聚焦后的負離子照射到軋輥表面實施預(yù)熱和強化，在聚集后的聚集點射到軋輥表面形成微小的熔池，能按照設(shè)定的要求形成圓弧形突臺，應(yīng)用于特定行業(yè)。 如激光毛化軋輥具有較長的使用壽命，提高軋制速度，減少板面擦傷，改善板型，提高鋼板深沖性能和涂漆后光亮度。激光毛化技術(shù)還能應(yīng)用于生產(chǎn)毛化鋼板和毛化磁盤，在摩擦學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都發(fā)揮更大的作用。情景展示：播放激光清洗與毛化視頻。設(shè)問：1、什么是激光清洗與毛化技術(shù)？ 2、激光清洗與毛化技術(shù)有哪些應(yīng)用？【步驟四】總結(jié) （時間：