| 激光束 | | | |
| 1916~1917年，爱因斯坦提出光辐射理论和建立了“受激辐射”等理论。 | 1907年Marcello Von Pirani发现了电子束，并将其作为高能量密度热源。 | | |
| 1958年，美国贝尔实验室的汤斯和肖洛提出激光原理。 | 1952年德国zeiss公司制造了第一台电子束加工机。 | | |
| 1960年梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器，和气体激光器在美国诞生；在1962年，美国通用电气研制出第一台半导体激光器。 | | | |
| 70年代初，美国Photon Sources Inc公司率先制造CO2连续激光器；1974年美国通用汽车首先将CO2连续激光器用于动力转向器壳体表面热处理。 | | | 1970s，英国首先研究太阳能热处理。 |
| 激光热处理快速发展时期，国外主要汽车公司均建立了激光淬火生产线。 | 前苏联提出“多功能电子束加工及集成工艺技术”的概念。 | 1984年美国首先提出等离子技术，并将其应用于淬火。 | |
1990’s | | 俄罗斯将电子束热处理用于米格-31、苏-30等歼击机的制造。 | 美国、俄罗斯、日本等国已将等离子淬火应用于工业生产。 | |
2000’s | 国外激光热处理的应用已扩展到汽车、航空、国防、轻工等部门。 | | |
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1917年，爱因斯坦建立了“受激辐射”理论，为四十多年后激光器的诞生奠定了理论基础。1958年，美国贝尔实验室的汤斯和肖洛提出了激光原理。1960年，世界上第一台红宝石激光器和世界上第一台气体激光器在在美国诞生。随后，前苏联科学家巴索夫和贾万设想了半导体激光器的概念。不久之后，在1962年，美国通用电气试验室研制出了第一台半导体激光器。自从20世纪70年代大功率激光器问世之后，人们对高能束表面热处理又看到了新的希望，因为它具有设备和运行成本相对较低、对环境适用性高、对工件大小没有很多限制（由加工机床决定）等这些电子束热处理难以企及的优势，特别是随着加工柔性更高的固体激光器功率的大幅度提高，该技术一度发展很快，尤其在上世纪八、九十年代。
美国通用汽车公司在20世纪70年代已对齿轮转向器箱体内孔、齿轮、轴承座、离合器、阀座、曲轴、活塞环等进行了激光表面淬火加工，材料包括多种钢材和铸铁；采用的是不同功率的CO2激光器，在零部件耐磨性、疲劳等性能的改善、生产效率的提高和费用的降低各方面均有显著受益。
1974年该公司Saginaw厂的汽车动力转向箱体内壁的局部激光硬化是首先应由激光淬火与大批量工业生产制造的例子。材料为铁素体可锻铸铁的箱体上有一活塞内孔。活塞的往复运动对孔内壁造成磨损。采用激光淬火在内表面磨损最严重的部位处理处四条1.52 ~ 2.54 mm宽、0.25 ~ 0.35 mm深的硬化带，使箱体内孔壁的耐磨性提高了10倍。硬化部分仅占整个箱体重量的千分之二；每件处理时间为18 s；15台500 ~ 1000 kW CO2激光器的日产量可达3万余件。而运行费用仅为高频感应加热淬火或渗碳处理的1/5。处理一个零件周期为20 ~ 30 s，经激光处理的齿轮无需再作精密的光整加工，就可直接进人装配线进行装配，大大节省了成本和时间。
自1976年后，通用汽车又采用5 kW CO2激光器对火车柴油发动机的气缸衬垫进行相变硬化处理。该衬垫直径为230 mm，其材料为Cu-Cr-Mo合金灰铸铁。硬化区域的硬度为60 HRC，每处理一个衬垫仅需15 min。激光相变硬化后衬垫的胶合失效率降低了70%。此后许多汽车公司如福特汽车公司、菲亚特汽车公司（意）、日产公司等，都先后建立了激光淬火生产线，对汽车发动机上的易磨损零件如气缸套、曲轴，和涡轮增压器电机轴进行激光表面淬火处理，均获得了很高的经济效益。
早在1980年，美国军事技术研究实验处的应用技术实验室就对齿轮的激光硬化调查结果作过一个广播节目报道，并由芝加哥伊利诺理工学院研究所承担了齿轮的激光硬化研究项目。该所的Altegott同贝尔飞机制造公司的Patel合作发表了一篇题为《直齿圆柱齿轮激光表面硬化MM&T》的论文，公布了实验结果：对激光表面硬化处理后和经渗碳处理后的AMS（美国航空材料规范）6265正齿轮的抗胶合寿命与齿的弯曲强度的比较表明，激光硬化代替渗碳处理在航空器件中的AMS6265齿轮能得到显著的经济效果，有效硬化深度为0.66 ~ 0.86mm，单件成本降低了37%～78%。八十年代末，美国加州机电研究所的James F Lewis 用5 kW激光器对大型花键轴进行激光淬火，在扫描速度4.32 ~ 7.62 mm/s，光斑直径6.35 ~ 7.62mm的条件下，获得淬火硬度HRC 59，深度0.762 ~ 0.864 mm的淬硬层。
最大激光脉冲能量密度发展历程
时至今日，激光表面热处理的应用已扩展到汽车、航空、国防、轻工等部门。
激光冲击强化技术最初开发于20世纪70年代初的美国贝尔实验室，我国著名物理学家钱临照教授早在60年代也提出过这方面的思想。1972年，美国巴特尔学院的Fairand B.P.等人首次用高功率脉冲激光诱导的冲击波来改变7075铝合金的显微结构组织以提高其机械性能，从此揭开了用激光冲击强化应用研究的序幕。1978年秋，该实验室的Ford S.C等人与美国空军实验室联合，进行激光冲击改善紧固件疲劳寿命的研究，结果表明激光冲击强化可大幅度提高紧固件的疲劳寿命。当时由于缺少可靠的、高脉冲频率的大功率激光器而未能实用化。
上世纪80年代后期，欧洲、日本、以色列等国家和地区纷纷开展了激光冲击强化技术研究。但从公开报道的资料看，到目前为止，国际上还只有美国将激光冲击强化实际应用。
上世纪90年代在美国高频疲劳研究国家计划等支持下，美国利佛莫尔国家实验室和GE、MIC公司等联合深入开展了激光冲击强化技术的理论、工艺和设备的研究，使激光冲击强化技术获得了很大发展，逐步走向了实用，用于F110、F101、F414等发动机的生产和修理。其中，F110、F101发动机在使用中发生多次风扇叶片故障，迫使F101每飞25小时和F110每天第一次飞行前要做一次能够发现0.127mm裂纹的精细检查，采用激光冲击强化解决了这一问题。1998年该技术被美国研发杂志评为全美100项最重要的先进技术之一。美国上世纪90年代后期开始的航空发动机高频疲劳研究计划中，将激光冲击强化技术列为工艺技术措施首位。
1907年，Marcello Von Pirani发现了电子束作为高能量密度热源的可能性，第一次用电子束做了熔化金属的试验，成功地熔炼了钽。1952年德国的zeiss公司制造了第一台电子束加工机，掀开了电子束加工技术的序幕。20世纪60年代，电子束加工技术就大量用于航空、航天等高端领域。
美国和苏联在70年代开始研究电子束技术在热处理方面的应用。最早是用于薄钢带、细丝的连续真空退火处理和研究冲击淬火问题。作退火工艺时，薄钢带或细丝连续地通过真空室，并受电子束的轰击而加热。由于电子束具有很高的功率密度（最高可达到106 W/cm2）可以使薄钢带迅速加热到退火温度。苏联在1976年报道了用电子束处理薄低碳钢带及用电子束进行45钢淬火的试验结果，还研究了电子束加热对耐热金属的强度影响。美国已经有了比较完善的电子束加热连续退火炉，用来处理铌、铝及核反应堆用金属材料。
虽然从性能角度来看，电子束淬火硬化区的质量很高，但电子束淬火加工所要求的高真空环境使得设备和运行成本很高，工件尺寸又受到很大限制，因此，该技术的推广受到很大限制，近几年的报导已较少，大多数局限于试验室研究，仅在航空航天、高档模具、军工产品上有少量的应用。
早在1984年，美国首先提出等离子技术，并将其应用于工件的表面淬火处理；90年代初，日本也开始了等离子弧淬火的分析，其中木村达夫等用小孔径喷嘴进行碳钢的等离子弧淬火实验，结果表明等离子弧可以进行局部硬化，而后美国学者M.V.Selivanov提出用氩气作为等离子淬火热源，并将其利用在铸铁部件，而且得到较好的结果，与此同时前苏联也相并提出了等离子弧表面淬火方法，并且成功地应用于铸铁轧辊的强化。
1984年3月苏联应用低温等离子弧淬火工艺对经受剧烈磨损的矿山机械零件进行了批量试验，对35X ΓCA钢制水力发动机的定子以及坑道输送机的输矿槽的工作表面进行了淬火。矿井试验表明，可以肯定等离子淬火能使零件具有高寿命，并能减少它们的制造工作量。
1994年10月至1995年4月，俄罗斯开展了等离子表面热处理方面的研究，在莫斯科第三铁路工厂对“俄罗斯”莫斯科-符拉迪沃斯托克线的客运车辆的轮对轮缘进行了等离子表面热处理，使表层得到淬火硬化的效果，其后莫斯科第三铁路工厂采用该技术后三年，其全部铁路车辆中40%已装用了硬化轮对。1994年兹拉托乌斯特机务段采用了直接在电力机车上（不落轮）对车轮轮缘进行等离子强化的装置。专家们还研制出了一种新型、专用、高效、双组分方式的等离子淬火装置，该淬火装置于1997年在纳缅夫、喀山、西利沃夫等许多机务段投入使用，通过对经等离子强化处理的机车、车辆轮对轮缘4年多的运用经验表明：这种高效强化方法可将车轮的使用寿命提高2 ~ 3倍。
2001年乌克兰和拉脱维亚铁道车辆的轮对采用UVPZ-2M型等离子设备进行硬化处理，目前已在20个机务段得到了应用。对轮对进行等离子硬化提高了车轮的接触疲劳强度，进而提高了表面抗磨性能，使表面使用寿命延长了20% ~ 30%。
从2002年起，手工等离子淬火开始在俄罗斯国内的工业生产上得到应用，维索科夫斯克采矿选矿公司对粉碎机MIIIP的传动轴齿轮（45#钢）进行了耐磨性研究，在未强化的状态下，传动轴齿轮从运用到完全磨损的时间大概只有9个月，而等离子淬火后，运用19个月后齿轮的磨损仍未超过50%。类似的结果也在下塔吉尔冶金公司的铸钢用225t起重吊车的主卷扬鼓的齿圈上得以实现，经过等离子淬火的齿圈，工作17个月后其磨损才到规定的限度，即要比未强化的齿圈使用寿命延长1.8倍。此外，手工等离子淬火后钢锻模的使用寿命可提高4.3倍，铸铁锻模的使用寿命可提高4.4倍，低碳钢制造的铁路车辆的心盘的使用寿命可提高2倍。
2008年Korotkov针对货运火车车架的支撑梁易磨损、耐用里程短的问题，对货运火车的低碳钢车架进行了等离子表面淬火处理，处理后工件表面硬度可达40 HRC，在行驶50万公里后，其磨损程度比未处理的工件低了将近3倍。
关于国外的太阳能热处理技术，虽然国外对太阳能的研究和应用比国内要早，但是到现在为止，国外还没有一个国家实现了太阳能热处理技术的工业应用，关于这方面的研究和有关技术基本处于初级状态。
发表于 2015-4-3 15:10:11
