石墨模具激光表面強(qiáng)化技術(shù)是指利用高能量密度激光束和涂層或熔覆材料對(duì)石墨模具或模具表面進(jìn)行處理，改變其表層的結(jié)構(gòu)或成分，實(shí)現(xiàn)表面相變強(qiáng)化或強(qiáng)化修復(fù)的技術(shù)。

所謂激光相變強(qiáng)化，就是用激光束掃描工件，使工件表層迅速上升到ac3臨界點(diǎn)以上。當(dāng)被加熱層的斑點(diǎn)移開時(shí)，由于工件基體的熱傳導(dǎo)，被加熱層的溫度進(jìn)入馬氏體或貝氏體區(qū)，發(fā)生馬氏體或貝氏體相變，從而完成相變強(qiáng)化過程。

相變工藝具有表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)化層的硬度和深度可以根據(jù)不同的材料、工件的熱容和激光處理工藝的不同參數(shù)來控制。傳統(tǒng)熱處理工藝中影響強(qiáng)化效果的技術(shù)因素在激光相變強(qiáng)化的作用下發(fā)生了很大變化。

1.彌散強(qiáng)化和畸變強(qiáng)化

奧氏體通過激光相變強(qiáng)化形成。當(dāng)激光照射停止時(shí)，金屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。在這種工藝環(huán)境下形成的奧氏體晶粒，無論是表層還是內(nèi)層，都沒有機(jī)會(huì)孕育生長。彌散的奧氏體晶粒形成彌散的馬氏體相或貝氏體相，使組織具有晶格強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用。

此外，在激冷條件下形成的馬氏體晶格具有比常規(guī)淬火更高的缺陷密度。同時(shí)，殘余奧氏體也獲得極高的位錯(cuò)密度，使金屬材料具有畸變強(qiáng)化作用，強(qiáng)度大大提高。

2.無氧化脫碳淬火

在傳統(tǒng)的熱處理中，如果在加熱過程中不對(duì)工件進(jìn)行保護(hù)，會(huì)使工件氧化脫碳，降低工件的硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命。

用于激光相變強(qiáng)化的吸光涂層可以保護(hù)工件表面不被氧化。

3.激光強(qiáng)化的抗疲勞機(jī)理

影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時(shí)間。磨損和疲勞在材料損傷過程中相互促進(jìn)。磨損槽會(huì)成為疲勞裂紋的起始點(diǎn)，加速疲勞裂紋的產(chǎn)生。材料表面出現(xiàn)疲勞裂紋后，表面粗糙度會(huì)嚴(yán)重惡化，磨損加劇。

4.等強(qiáng)度工作層

常規(guī)熱處理的冷卻方向是由外向內(nèi)，表面冷卻速度Z快，由外向內(nèi)冷卻速度逐漸降低，因此得到硬度值由外向內(nèi)遞減的梯度分布。

1.石墨模具激光強(qiáng)化預(yù)處理技術(shù)。

合適的預(yù)處理劑是保證石墨模具激光強(qiáng)化處理的關(guān)鍵之一，一直是激光加工中的難題。合理的預(yù)處理劑和處理工藝可以防止石墨模具表面出現(xiàn)淬火裂紋，降低表面燒傷的敏感性，保證激光處理后的齒面精度，增加硬化層厚度。

2.沒有重疊技術(shù)和散焦差異。

由于石墨模具的工作條件，石墨模具表面的硬化層應(yīng)沿齒廓合理分布，且石墨模具的形狀特殊。此外，石墨模具的節(jié)圓面不能與淬火帶重疊，因此需要特殊的寬帶聚焦系統(tǒng)。

另外，由于激光束照射在齒面上不能保證齒面不同部位的散焦量相同，因此選擇焦點(diǎn)的照射位置是保證齒面硬度分布合理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.激光石墨模具的性能

激光石墨模具的性能主要在三個(gè)方面:疲勞性能。激光石墨模具和調(diào)質(zhì)石墨模具如無斷齒現(xiàn)象，證明其具有較高的抗彎曲疲勞性、耐磨性和使用性能。  

激光相變強(qiáng)化雖然加熱方向相同，但表面溫度較高，加熱時(shí)間相對(duì)較長，可達(dá)0.2~0.25s，但內(nèi)層奧氏體化是在一個(gè)平穩(wěn)的時(shí)間內(nèi)完成的，使得表面奧氏體具有更高的碳濃度和更強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。

與常規(guī)熱處理相反，激光淬火的冷卻方向是由內(nèi)向外。內(nèi)層溫度雖低，但冷卻速度Z快，外層溫度高，具有固溶強(qiáng)化的優(yōu)勢(shì)，但冷卻速度Z慢。雖然內(nèi)層碳濃度略低，但畸變強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化較強(qiáng)。因此，在硬化層中形成幾乎恒定的硬度值分布。

激光強(qiáng)化零件等強(qiáng)工作層可以避免常規(guī)熱處理零件表面一旦磨損，其磨損速度會(huì)加快的現(xiàn)象。

石墨模具激光相變強(qiáng)化技術(shù):

4.材料問題

激光模具應(yīng)使用中碳鋼，但低碳鋼不合適。

如果用低碳鋼，石墨模具的基體就沒有強(qiáng)度保證，會(huì)降低彎曲疲勞強(qiáng)度。

5.初始狀態(tài)

激光模具原有的Z狀態(tài)淬火回火，具體操作可結(jié)合鍛造后石墨模具毛坯的去應(yīng)力熱處理。鍛造正火和高溫回火是獲得激光石墨模具所需淬火和回火狀態(tài)的低成本方式。

6.掃描方式

石墨模具的掃描方式主要有周向連續(xù)掃描和軸向齒掃描。