模具制造工藝根據(jù)工況要求，由材料選用、熱加工成坯、冷加工成型、熱處理強(qiáng)化、精加工、裝配構(gòu)成工藝體系。當(dāng)工作環(huán)境有新的要求，或廠家為了降低成本，上述工藝環(huán)節(jié)可進(jìn)行重組，形成新的工藝體系。

　　在模具制造工藝體系中存在諸多無(wú)耐之舉。為了提高大型模具的淬透性，必須采用高淬透性材料，以便淬硬模具工作層。高淬透性材料只有高合金鋼，該材料冶金、熱加工、熱處理工藝都很復(fù)雜，冷加工也有較大難度，造成模具制造成本提高。為了減輕這些因素的影響，某些只需局部強(qiáng)化的模具便采用高合金鋼鑲嵌模塊，基體則采用普通材料，做成組合模具，這樣一來(lái)便帶來(lái)模具精度的降低。

　　一、激光相變強(qiáng)化的金屬材料學(xué)

　　激光表面強(qiáng)化技術(shù)基于激光束的高能量密度加熱和工件快速自冷卻兩個(gè)過(guò)程，在金屬材料激光表面強(qiáng)化中，當(dāng)激光束能量密度處于低端時(shí)可用于金屬材料的表層相變強(qiáng)化，當(dāng)激光束能量密度處于高端時(shí)，工件表面光斑處相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)的坩堝，可完成一系列的冶金過(guò)程，包括表層重熔、表層增碳、表層合金化和表面熔覆。這些功能在實(shí)際應(yīng)用中引發(fā)的材料替代技術(shù)，將給制造業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　所謂激光相變強(qiáng)化，是以激光束快速掃描工件，受熱層在光斑移開(kāi)時(shí)，由于工件基體的熱傳導(dǎo)作用使溫度達(dá)到臨界點(diǎn)以上的受熱層發(fā)生相變，完成相變強(qiáng)化過(guò)程。相變強(qiáng)化工藝具有表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)不同材質(zhì)、工件熱容量大小、以及激光處理工藝參數(shù)的不同，實(shí)現(xiàn)硬度、層深可控。強(qiáng)化層深度，根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)，鋼為0.7-lmm，鑄鐵為0.35—O.65mm。

　　在傳統(tǒng)熱處理工藝中影。向強(qiáng)化效果的技術(shù)因素，在激光相變強(qiáng)化中所起的作用發(fā)生很大變化。

　　1.淬透性

　　淬透性對(duì)于傳統(tǒng)整體淬火工藝來(lái)說(shuō)是個(gè)至關(guān)重要的技術(shù)指標(biāo)，它決定該材料是否能夠得到淬火組織，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化目的；而對(duì)于激光表面相變強(qiáng)化來(lái)說(shuō)，該指標(biāo)無(wú)關(guān)緊要。

　　以大量使用的結(jié)構(gòu)鋼45鋼和高速工具鋼W18Cr4V為例，45鋼奧氏體最不穩(wěn)定的溫度是550℃左右，此時(shí)孕育時(shí)間約1s，如在1s之內(nèi)沒(méi)能越過(guò)550℃，奧氏體便開(kāi)始分解并轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；W18Cr4V鋼奧氏體最不穩(wěn)定的溫度是750℃左右，此時(shí)孕育時(shí)間約8min左右，如在8min之內(nèi)能越過(guò)750℃，奧氏體便可轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體。

　　在激光淬火中，當(dāng)用D＝5mm的光斑，υ＝1200mm／min速度掃描時(shí)，一個(gè)固定點(diǎn)的加熱時(shí)間是0.2s。

　　據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，鋼質(zhì)件經(jīng)0.2s加熱可使距表面O.7—1mm處的溫度升到Ac3臨界溫度以上；反過(guò)來(lái)，當(dāng)工件的熱容量足夠大時(shí)，被加熱工件將以104—100℃／s的冷卻速度從Ac3臨界點(diǎn)溫度冷卻到馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度Ms以下。

　　所以不要說(shuō)W18Cr4V的480s左右的孕育時(shí)間，就是45鋼的1s左右孕育時(shí)間，對(duì)于奧氏體越過(guò)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)域，完成馬氏體相變也綽綽有余。所以說(shuō)，淬透性對(duì)于激光表面相變強(qiáng)化來(lái)說(shuō)無(wú)關(guān)緊要。

　　2.彌散強(qiáng)化和畸變強(qiáng)化

　　激光相變強(qiáng)化是以高能量密度的激光束照射工件表面，使需要強(qiáng)化的部位瞬間吸收光能，溫度急劇上升，形成奧氏體，此時(shí)基體處于冷態(tài)，與加熱區(qū)之間有極高的溫度梯度，當(dāng)停止激光照射，加熱區(qū)因急冷而發(fā)生淬火，使金屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

　　在此工藝環(huán)境下形成的奧氏體，表面層的奧氏體化時(shí)間約o.2s，最里層則是瞬間的，不管是表層,還是里層，奧氏體晶粒都沒(méi)有孕育長(zhǎng)大的機(jī)會(huì)。彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相，使馬氏體具有晶格強(qiáng)化的同時(shí)具有彌散強(qiáng)化效果。

　　而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格，比常規(guī)淬火有更高的缺陷密度。與此同時(shí)，殘余奧氏體也獲得極高的位錯(cuò)密度，從而使金屬材料具有畸變強(qiáng)化效果，強(qiáng)度大大提高。

　　3.無(wú)氧化脫碳淬火

　　在傳統(tǒng)熱處理中，模具在加熱過(guò)程如沒(méi)有保護(hù)措施，便會(huì)發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象，使模具的硬度、耐磨性、使用性能