浅析激光熔覆高速钢刀具制备工艺过程

激光熔覆技术是近几十年来迅速发展起来的一种材料表面改性技术，具有对工作环境要求低、加工后工件变形小、可获得高硬度的表面改性层、适合局部区域和难以接近区域的加工等许多常规技术达不到的优良特性，因此，正被越来越多的研究机构和企业所重视。通过激光技术对刀具表面熔覆一层金属陶瓷层来改善常规刀具的性能已经得到了一定程度的应用。

目前常用的高速钢刀具一般是整体式，当刃带磨损后就只能报废，因此刀具的材料浪费较且制造成本高。采用激光熔覆技术只需在刀具切刃部位通过预设熔覆材料来增强刀具的切削刃带，因熔覆面积小，可节省贵金属材料，从而降低了制造成本。同时熔覆后的刀具切削刃部位具有较高的强度、硬度和耐磨性而又兼有了基体的强韧性，较好地解决了高速钢刀具硬度和强韧性的矛盾，提高了高速钢刀具的切削性能。

激光熔覆加工中，主要的问题是熔覆层容易出现裂纹，其主要机理是熔覆层冷却固化收缩时受到基体的约束而形成内应力，当局部内应力超过材料的强度极限时，就会产生裂纹。通过对高速钢刀具进行预热和后热处理来减少熔覆层与基材间的温度梯度，以及在合金粉末中加入一些起粘接相作用的成分，如Co、Mo和稀土，Co、Mo的加入可提高合金的润湿性，有利于降低熔覆层在冷凝过程中的热收缩应力；稀土使合金层的组织晶粒细化、提高韧性，从而减少裂纹的产生。此外，优化合金粉末配方与激光工艺参数已经采用纳米复合粉末均可改善熔覆层的性能，减少裂纹倾向。

刀具表面强化处理是提高刀具耐磨性及其使用寿命的重要途径之一。将激光熔覆技术的优势和切削加工对高速刀具的使用要求结合起来，可使高速钢刀具拥有耐磨、耐热、耐腐蚀、抗高温氧化及较高红硬性等优良的切削加工性能。此外在获得高性能切削刃的同时且兼有基体的强韧性，加工中更好地保护了刀具的切削刃，有效地解决的了高速钢刀具硬度和韧性的矛盾。在激光熔覆高速钢刀具的制备中消耗的粉末材料少，降低贵重稀有金属材料的需求，符合节能环保的要求，且工艺过程简单、所需设备少，便于实现自动化。随着现在切削技术的不断发展，可以预见激光熔覆技术将会对高速钢刀具的性能改进产生重要影响。

超高速激光熔覆由德国Fraunhofer ILT 发明，被誉为当前可替代电镀技术最具竞争力的工艺。 ACunity作为Fraunhofer ILT的孵化企业，率先将超高速激光熔覆技术引进中国市场，与Fraunhofer ILT紧密合作对超高速激光熔覆进行技术产业化升级，不断完善工艺水平，提升其核心部件的功能性，如送粉喷嘴的耐用性、送粉精度、高送粉量、粉末利用率等。由于涂层表面质量明显高于普通激光熔覆，只需要简单打磨或抛光即可应用，因此材料浪费、后续加工量都大大减少，在成本、效率、及对零件的热影响上超高速激光熔覆都具有不可替代的应用优势。