摩托车制造中的激光相变硬化处理技术

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　　摩托车是一种应用广、快速、经济、舒适的交通和运动工具，它具有灵活、轻便、机动和高速等特点。随着科学技术的发展，现代摩托车产业已经融合了机电液技术、信息与数字化技术、控制与测试技术、新工艺技术和新材料技术等诸多高新技术，成为了一种技术含量很高的产品。
　　在摩托车生产制造各环节中，激光加工技术大有用武之处。涉及摩托车制造的激光加工技术主要有激光表面改性处理（包括激光相变硬化、熔覆、合金化）、激光打孔、激光切割、激光焊接、激光冲击以及激光打标、激光刻花、激光测量等。
　　激光相变硬化处理（激光淬火）
　　激光相变硬化处理（Laser Transformation Hardening, LTH）是激光表面改性处理中最早使用的方法，由于激光加热能把热量限制在所需要的部位，所以激光相变硬化时变形极小（约为15~20），可获得极薄的均匀硬化层（一般小于1mm）。由于金属材料对激光吸收率低（对CO2激光吸收率低于10%，对YAG激光吸收率最高为30~40%），因而激光相变硬化时，为提高材料表面对激光吸收率，可在表面涂上一层涂料，使金属表面对激光吸收率达90%以上。激光适用于对变形很敏感的零件的特殊部位（如深孔内壁、盲孔底部等）进行硬化处理。
　　摩托车发动机排量大多在50~750cm3，其绝大部分关键件结构与要求均与汽车发动机相似。目前在欧美、日本等发达国家已将激光技术用于汽车、航空等工业领域，相比之下，我国在这方面存在较大的差距，尤其是在摩托车行业中。
　　早在1978年美通用汽车公司建成了汽缸激光处理生产线，用4台5kw的CO2激光器对铸铁缸套内壁处理出宽为2.5mm，深为0.5mm的螺旋线硬化带，并规定缸套必须经激光处理才能出厂。
　　北京大恒公司对汽车发动机缸体内壁进行激光硬化处理，采用激光功率为900w，扫描速度为400mm/S，激光硬化带宽3.5mm，深0.25~0.3mm，硬度达HRC63，将使用寿命提高了3倍。青岛发动机厂对6102Q高速柴油机缸体进行激光相变硬化处理，省去了缸套，缸孔内表面耐磨性超过硼缸套16%~20%。
　　1984年前苏联卡基诺论汽车修理厂采用激光对3号钢和45号钢的曲轴进行激光相变处理。经90小时台架试验，主轴颈和连杆轴颈的平均磨损量较传统热处理方法分别减少47.3%和43.5%，一般运行时耐磨性增加42%、疲劳强度提高15%、主轴颈寿命延长10%。1985年，长春第一汽车厂使用1.8kw激光器对45号钢的曲轴轴颈进行扫描相变硬化处理，获得宽为3.8mm，深为0.8~1.37mm的淬火带，硬度达765HV。1994年大连机车车辆厂对曲轴的主轴颈和连杆轴颈部分进行激光处理，使相变硬化中心带表面残余应力达（900~1000）Mpa，再配合表面滚压，使疲劳寿命提高185% 以上。
　　华南理工大学对汽车发动机排气阀进行激光硬化处理，获得了满意的效果以取代价格昂贵的进口零件，完成标致汽车的国产化，1997年华南师大量子电子研究所对材料为的排气阀尾端进行相变硬化处理，其硬化层厚度和硬度值均达到了标致汽车机排气阀图纸规定的要求。
　　目前凸轮轴激光表面处理主要用于小型发动机上，对凸轮表面的一定节距进行激光螺旋扫描处理，获得硬化骨架和软化贮油沟槽兼备的表面，以提高耐磨和耐擦伤性能。如1992年德国开始在凸轮轴上旋行激光重熔淬火处理，得到莱氏体组织，凸轮耐磨性和接触疲劳强度均得到了显著的提高。
　　日本日产公司（特开昭963—134634专利）提出用条状激光束沿凸轮宽度进行激光扫描相变处理，这样可获得均匀组织，又不会出现两侧塌边现象。处理后表面组织为枝晶状细莱氏体，表面硬度高过800~1000HV以上，达到550HV有效硬化层厚度超过1.5mm。试验表明这种组织具有很高的接触疲劳强度和耐磨损、耐腐蚀、耐擦伤性能，是一种理想的凸轮轴强化方法。
　　1997年天津大学对灰铸铁凸轮轴进行了激光重熔强化处理。试验是在6kw连续波CO2激光器上进行。结果表明凸轮经激光表面重熔处理后，表层为强化细莱氏体组织，其硬度显著高于基体，耐磨性能优于冷激铸铁。
　　1999年广东五邑大学、江苏理工大学和大长江摩托车公司合作，使用NEL2500快速轴流CO2激光器，对HJ125T型摩托车发动机中与C型环配合、材料为HT300的凸轮轴颈部，宽6mm、长16mm、深为 16mm的槽底进行激光相变处理，处理后的零件经硬度测量、耐磨损和耐冲击试验以及金相组织分析表明，其各项性能均达到日本进口零件要求，完全可实现该零件的国产化。
　　同时五邑大学、江苏理工大学还对摩托车发动机凸轮、正时链轮齿部（材料为20CrMo）进行了激光相变硬化处理，不但可以保证质量，而且减化工艺流程，降低成本，取得了满意的效果。
　　活塞环是发动机关键零件之一，采用激光相变处理后可使其表面硬度达1000HV以上。活塞环的激光相变处理与镀铬、镀钼、渗碳处理相比，具有工艺简单、生产效率高、无三废污染和节约贵金属等优点，实际应用中取得了良好的效果。如我国戚墅堰机车车辆工艺所与原长沙铁道学院对铬钼铜合金铸铁活塞环进行相变硬化处理，表面硬度达800~1260HV，装车后进行18~21万余公里检测表明，最严重的第一气环磨损量仅为0.005~0.0125mm/104km，且润滑油消耗量降低了23%~25%，取得了可观的经济效益。日本洋马公司用1kw级的CO2激光器对M200型发动机用的球墨铸铁活塞环进行了激光淬火处理，取得了良好的效果。

　　（编辑：metoo）

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