對于提高大型模具使用壽命和減少精密模具的熱處理變形，激光表面強化技術有著極大的技術優勢,主要包括激光表面淬火和激光表面熔覆。

激光表面淬火

　　激光表面淬火是一種利用高能量激光束掃描工件使被掃描的區域表面硬化的技術。其基本原理為用一定能量密度（103～105W/cm2）的激光照射工件，使被照射的表層區域被急速加熱至相變點以上，熔點以下的溫度，此時工件基體仍處于冷態，加熱區與基體之間存在很大的溫度梯度，當激光束停止照射時，由于熱傳導的作用，加熱區會急速冷卻（106～108℃/s）而發生馬氏體轉變，使工件表層實現相變硬化。

　　1.激光淬火的特點

　?。?）激光淬火是快速加熱、自激冷卻，不需要爐膛保溫和冷卻液淬火，是一種無污染綠色環保熱處理工藝，可以很容易實行對大型模具表面進行均勻淬火。

　?。?）由于激光加熱速度快，熱影響區小，又是表面掃描加熱淬火，即瞬間局部加熱淬火，所以被處理的模具變形很小。

　?。?）由于激光束發散角很小，具有很好的指向性，能夠通過導光系統對模具表面進行精確的局部淬火。

　?。?）激光表面淬火的硬化層深度一般為0.3～0.7mm，使其應用受到一定的限制。

　　2.工藝參數的選擇

　　影響激光淬火質量的工藝參數是多方面的，主要有激光功率、掃描速度、光斑尺寸、光束能量分布狀態、吸光涂層種類與厚度等。衡量激光淬火質量的主要指標包括硬化層深度、寬度、硬度及硬化層表面粗糙度。其之間主要關系有以下幾點：

　　（1）激光在單位時間上作用于模具的功率密度（即比功率E），將決定激光淬火的效果。激光淬火所需的比功率E為102～104W/cm2·s。比功率E由激光功率P、掃描速度V、光斑尺寸D決定，即E=P·V-1·D-1。

　?。?）在102～104W/cm2·s的范圍內，功率密度的增加、掃描速度減小、將使模具的硬化層深度、硬度及硬化層表面粗糙度增加。如果功率過大，掃描速度太慢，即比功率太大，超出上述范圍，會造成工件表面熔化、燒損；反之，硬度和硬化層深度會達不到技術要求。

　　（3）激光淬火硬化層寬度由光斑尺寸決定。大面積淬火必須進行多道掃描。寬帶掃描比窄帶掃描效率高。

　　（4）光束能量分布主要影響硬化層深度、寬度及組織的均勻性。它由光束模式及導光系統決定。通常，應根據設備的實際情況調整到最佳狀態，以保證硬化層的均勻性。

　　（5）吸光涂層種類及厚度會影響工件對激光能量的有效吸收。目前應用較為成熟的吸光涂層有磷酸鹽涂層、含膠體石墨涂層、氧化物涂層等。在覆蓋工件表面的前提下，涂層厚度越薄越均勻，則效果越好。

　　3.應用實例

汽車大型覆蓋件模具一般用合金鑄鐵制造。合金鑄鐵的特性不宜進行整體熱處理，傳統工藝采用火焰淬火，其淬火硬度為40～50HRC。改用激光淬火，模具表面硬度可提高到55～65HRC，硬化層有效深度為0.5～0.7mm，模具耐磨性大大提高，零件拉傷問題得到有效控制，模具在線維修率控制在4%以下。以前每批生產完成后均需對拉深模進行大面積推磨，現只是需要進行簡單維護保養便可。

　　激光熔覆

　　激光熔覆的研究工作始于20世紀70年代，1981年成功地應用于噴氣發動機葉輪片。激光熔覆是利用高能的激光束在金屬表面輻照，使涂覆材料熔化、擴展，與基體結合并迅速凝固，在基材表面形成一層具有特殊物理、化學或力學性能的材料。應用激光熔覆技術處理模具表面，既可以是對己加工成坯的制造模具進行表面改性，也可以是對成形模具進行表面修復。

 　　1.激光熔覆的特點

　?。?）由于激光的快速加熱和冷卻過程，激光熔覆層組織細小，結構致密。

　?。?）由于激光束的高能密度所產生的近似絕熱的快速加熱過程，激光熔覆對基材的熱影響小，引起的變形小。激光熔覆可以有效地修補裂痕、崩角以及磨損的密封邊。

　?。?）激光束的功率、位置和形狀等能夠精確控制，易實現選區甚至微區熔覆修復。

　?。?）熔覆層的稀釋率小，可精確控制，熔覆層成分具有可設計性。

　　（5）無接觸型處理，能實現自動化和柔性加工。

　　2.工藝參數的選擇

　　影響激光熔覆質量的工藝參數是多方面的，主要有激光功率、掃描速度、光斑尺寸、搭接率、被熔覆材料化學成分以及單位時間熔覆量等。衡量激光熔覆質量的主要指標包括熔覆層厚度、寬度、硬度、平整度、熔覆層表面是否有裂紋及氣孔。其之間主要關系有以下幾點：

　?。?）激光在單位時間上作用于模具的功率密度（即比功率E），是影響激光熔覆的主要工藝參數。激光熔覆所需的比功率E為103～105W/cm2·s。功率密度的增加、掃描速度減小、熔覆層平整度增加、開裂傾向減少。但功率過大，掃描速度太慢，會造成熔覆層合金燒損，稀釋率增加，熱影響區增大。

　　（2）激光熔覆層寬度主要由光斑尺寸決定。大面積熔覆必須進行多道掃描，其搭接率為30%～50%的效果最好。

　?。?）被熔覆材料化學成分對熔覆層質量影響最大、最復雜。一般情況下，碳、硼含量高，熔覆層硬度高、開裂傾向大；鎳、鈷含量高，開裂傾向小。硅、硼含量高，熔覆層平整度高。