通过对摩托车活塞环激光表面处理的试验研究，发现激光处理的活塞环硬化层厚度和硬度与镀铬环相当，从而避免了镀铬环剥落的缺点。同时阐述了激光处理工艺和替代铬环的可能性。关键词：激光表面处理；活塞环；随着人民生活水平的提高，我国摩托车的销量和使用量正以双倍的速度增长。国产125摩托车的活塞环通常采用三个组合环，第一、二个环与气缸形成摩擦副，第三个是组合油环。在使用过程中，第一、二圈最容易磨损，会大大降低发动机性能，造成气密性差、拉缸、发动机无力等现象。目前常用磷化、镀硬铬、渗氮、复合弥散涂层来提高活塞环的耐磨性[1]。但在使用中仍存在镀铬环容易剥落涂层、磷化环不够耐磨、氮化环成本高的问题。因为激光表面处理具有加工简单快速、变形小、效率高、无需真空的优点；目前，激光表面处理的优点，如表面层与基体结合牢固、无表面起皮现象等，是传统方法无法替代的，已部分应用于工业生产，并产生了良好的效益，如汽车缸套的激光表面处理[2]。同时，它还被应用于摩托车气缸内壁的表面处理。为此，结合生产企业，对125摩托车活塞环进行了大量的激光加工工艺试验，试图通过激光加工这一高新技术来解决摩托车活塞环的寿命问题。通过对摩托车零件的一系列工艺试验，表明激光处理的活塞环具有良好的应用潜力，从而揭示了应用激光表面处理技术提高摩托车质量的巨大潜力。试验条件：用5kWCO2横流激光加工机对125系列摩托车的第一和第二活塞环进行激光表面处理。分别采用光斑直径为3.5、带宽为10mm的宽带激光束进行扫描，一次加工8 ~ 9个环，扫描速度为10 ~ 20mm/s。活塞环由球墨铸铁制成，其成分为：3.5 ~ 4.2% C，2.2 ~ 3.4% Si，0.2 ~ 0.8% Mn，0.5 ~ 1.0% Cu，0.5 ~ 1.0% Mo， 0.5%Cr，0.5%激光加工装置，如图1所示。图1活塞环装置激光处理3活塞环激光表面处理及显微分析3.1激光处理对显微组织和显微硬度的影响125系列磷化环激光处理后，进行金相分析，如图2(a)所示。激光硬化表面层是基体的延伸，具有隐针状马氏体和石墨球。石墨球数量少于基体，说明部分石墨球已经熔化，基体组织为细小的珠光体和石墨球，硬度为HV355，激光硬化层硬度为HV821，是基体的2.3倍。(a)激光处理环(H-03)140 (b)镀铬环140硬化层厚度：0.25mm硬度：HV821镀铬层厚度：0.14mm硬度：HV810图2激光处理环和镀铬环的显微观察3.2与镀铬环相比如图2(b)所示，镀铬环的镀铬层硬度略低于激光处理环，并且由于电镀工艺和清洗、存在从这个角度来说，激光处理的戒指就没有这个缺点，无论是表面硬度还是结合强度都比镀铬戒指要好。3.3分析讨论3.3.1激光处理工艺对活塞环精度的影响。激光束的能量密度越高，磷化环对激光的吸收越大，导致表面熔化或过烧，破坏表面光洁度。同时，活塞环本身体积小，刚性小，变形程度增加，特别是
当参数控制得当，表面轻微熔化或不熔化时，变形较小，表面光洁度影响不大。但从硬化层的厚度和硬度分布来看，表面略有熔化。表1工艺参数对活塞环变形和表面的影响对于没有专用设备的单活塞环，变形难以控制，变形达不到要求。因此，激光处理时应严格控制激光输出功率、扫描速度等工艺参数，使活塞环表面不会熔化。同时，将多个活塞环套在芯轴上并夹紧，再用宽带激光束扫描，可以有效提高效率，增加传热效果，减少变形。只是在这种情况下，激光处理后的活塞环精度不会受到太大影响。当激光能量密度过高时，活塞环表面熔化或过熔，严重影响表面光洁度。同时，微观检验表明，表层会出现微裂纹和气孔。3.3.2激光处理环替代镀铬环的可能性。镀铬环镀层与基体的结合强度随生产工艺的稳定性而变化。生产中经常出现镀铬层开裂、脱铬、铬瘤等现象。在使用中，如果同一环出现裂纹或剥落，就会出现拉缸现象，严重影响发动机性能。激光加工时，从技术上讲，可以通过采取一定的措施来控制变形。同时，由于采用宽带扫描，4 ~ 8s即可加工9 ~ 20个活塞环，加工效率高。如果进行专业化生产，采用激光连续扫描，效率会更高。一个处理周期的时间取决于激光的输出功率和激光在活塞环表面的吸收率。因为磷化处理，激光在活塞环上的吸收率大大提高，所以活塞环表面仍有一定的硬化层轻微熔化或不熔化，激光处理的活塞环不存在起皮问题。因此，用激光处理的活塞环代替现在的镀铬环是可能的。这样，还需要进一步的研究和解决，才能投入实际使用。为了获得较厚的硬化层，激光处理后的活塞环最好在表面处于微熔状态，这会对表面光洁度产生一定的影响。活塞环子弹的激光处理
性影响等。 4结论 (1)激光处理的活塞环硬化层硬度和厚度可以达到或超过镀铬环，硬化层是基体的延伸，避免了镀铬环铬层剥离和裂纹缺陷的产生。 (2)激光处理对活塞环的精度有一定影响。通过对激光处理工艺参数控制、表面磷化预处理以及特殊激光处理装置，可提高效率，降低对精度的影响程度，从而，使激光处理活塞环替代镀铬环成为可能。