Pagsusuri ng mga uri at katangian ng materyal na angkop para sa teknolohiya ng laser quenching

I. Mga materyales na ferrous metal (kasalukuyang pinakakaraniwang aplikasyon)

1. Katamtaman at mataas na carbon na bakal (nilalaman ng carbon na 0.3%~0.8%), karaniwang mga materyales:

45 bakal Ang (mataas na kalidad na medium-carbon structural steel), na itinalaga bilang S45C sa mga pamantayan ng JIS, ASTM 1045/080M46, at DIN C45, ay isang premium na carbon structural steel na may sumusunod na kemikal na komposisyon: 0.42-0.50% carbon (C), 0.17-0.37% silicon (Si), 0.50-0.80% manganese (Mn), at ≤0.25% chromium (Cr). Ang maraming gamit na materyal na ito ay nagpapakita ng mahusay na kakayahang magtrabaho sa malamig/mainit, superior na mekanikal na katangian, cost-effectiveness, at malawak na availability, kaya malawak itong ginagamit sa mga pang-industriyang aplikasyon. Gayunpaman, ang pangunahing limitasyon nito ay ang mababang hardenability, na nagiging dahilan upang hindi ito angkop para sa mga bahagi ng paggawa na nangangailangan ng malalaking cross-sectional dimensions o mataas na pamantayan ng katumpakan.

T8 na bakal: Isang eutectoid carbon tool steel na nagpapakita ng mataas na katigasan at resistensya sa pagkasira pagkatapos ng quenching at tempering, bagama't mayroon itong mga limitasyon kabilang ang mababang hot hardenability, mahinang hardenability, at pagiging madaling maapektuhan ng sobrang pag-init na deformation habang nagma-machining. Ang materyal na ito ay sumusunod sa mga pamantayan ng GB/T 1298 series, na naglalaman ng carbon content sa pagitan ng 0.75% at 0.84%, kaya angkop ito para sa paggawa ng mga simpleng hugis na cold-forming dies at mga cutting tool. Ang proseso ng quenching ay nangangailangan ng paglamig ng tubig sa 780-800℃°C, habang ang tempering na higit sa 250℃°C ay nagsisiguro ng dimensional stability. Gayunpaman, hindi ito inirerekomenda para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng impact load resistance.

65Mn na Bakal: Isang produktong gawa sa spring steel na may mataas na lakas pagkatapos ng heat treatment at cold drawing hardening, na nag-aalok ng mahusay na flexibility at plasticity. Sa ilalim ng magkaparehong kondisyon ng ibabaw at ganap na pagtigas, ang fatigue limit nito ay tumutugma sa mga five-color alloy spring. Gayunpaman, dahil sa mahinang hardenability, pangunahing ginagamit ito para sa maliliit na spring tulad ng pressure-adjusting/speed-regulating springs, force-measuring springs, general mechanical circular/rectangular helical springs, o wire-drawn steel springs para sa maliliit na makinarya. Epekto ng Pagtigas: Ang katigasan ng ibabaw ay umaabot sa 55-65 HRC na may hardened layer depth na 0.2~1.5mm, na nagtatampok ng pare-parehong martensitic structure at makabuluhang pinahusay na wear resistance (hal., ang wear life ng 45 steel ay tumataas ng 4-6 beses pagkatapos ng quenching). Angkop para sa mga gears, pins, at shaft components. Mekanismo: Ang sapat na carbon content ay bumubuo ng masaganang martensite, na sumasailalim sa kumpletong austenitization sa panahon ng mabilis na laser heating at nakakamit ng full phase transformation sa pamamagitan ng self-cooling quenching.

2. Haluang metal na bakal na istruktura (dagdagan ng Cr, Ni, Mo at iba pang elemento), karaniwang mga materyales:

40Cr: (Ang 40Cr ay nabibilang sa kategoryang "alloy structural steel" gaya ng tinukoy sa GB3077. Ang bakal na ito ay naglalaman ng 0.37%-0.44% carbon, bahagyang mas mababa kaysa sa 45 steel, na may maihahambing na nilalaman ng Si at Mn. Naglalaman ito ng 0.80%-1.10% Cr. Sa mga hot-rolled na aplikasyon, ang 1% na nilalaman ng Cr na ito ay halos hindi epektibo, dahil ang parehong grado ay nagpapakita ng magkatulad na mekanikal na katangian. Dahil ang 40Cr ay nagkakahalaga ng halos kalahati ng 45 steel, ang mga konsiderasyong pang-ekonomiya ay kadalasang humahantong sa paggamit ng 45 steel sa halip kung maaari.

35CrMo: Ang 35CrMo ay isang kodigo ng ispesipikasyon para sa bakal na istruktural na haluang metal (haluang metal na pinahiran at pinatigas), na tumutugma sa pamantayang Aleman 1.7220, pamantayang British 708A37, pamantayang Pranses 35CD4, atbp., na sumusunod sa GB/T 3077-2015. Mayroon itong katumbas na carbon na 0.72%, mahinang kakayahang magwelding na nangangailangan ng mga hakbang sa pag-init muna. Ang bakal na ito ay nagpapakita ng mataas na static na lakas at impact toughness, na may tensile strength na ≥985MPa at yield strength na ≥835MPa, na kayang tiisin ang pangmatagalang temperatura ng pagpapatakbo hanggang 500℃. Ito ay angkop para sa paggawa ng mga mekanikal na bahagi na may mataas na karga tulad ng mga gearbox, crankshaft, connecting rod, at steam turbine spindle sa mga rolling mill.

20CrMnTi: Isang bakal na may karburisasyon na may nilalamang carbon na 0.17%-0.24%, karaniwang ginagamit sa paggawa ng sasakyan para sa mga gear ng transmisyon. Bilang isang bakal na may karburisasyon na katamtaman ang pagpapatigas (medium-hardening carburization steel) (Cr-Mn-Ti), nagpapakita ito ng pambihirang kakayahang magpatigas habang pinapanatili ang mataas na tibay sa mababang temperatura. Partikular na ginawa para sa pagpapatigas ng karburisasyon sa ibabaw, ang bakal na ito ay nagpapakita ng mahusay na kakayahang makinahin na may kaunting deformasyon at natatanging resistensya sa pagkapagod. Kabilang sa mga pangunahing aplikasyon nito ang paggawa ng mga bahagi ng shaft, mga bahagi ng piston, at mga espesyal na bahagi para sa mga sasakyan at sasakyang panghimpapawid.

Epekto ng pagpapadulas: Ang katigasan ay maaaring umabot sa 60~70 HRC, ang lalim ng pinatigas na patong ay 0.3~2mm, ang mga elemento ng haluang metal ay nagpapabuti sa katigasan at resistensya sa kalawang (tulad ng 35CrMo gear pagkatapos ng lakas ng pagkapagod sa pagsusubo ay tumaas ng 30%).

Paalala: Ang mataas na nilalaman ng haluang metal ay maaaring makabawas sa rate ng pagsipsip ng laser, kaya kinakailangang pahusayin ang kahusayan ng pagsipsip ng enerhiya sa pamamagitan ng blackening treatment (tulad ng phosphating at coating).

3. Bakal na hulmahan (grey cast iron, ductile cast iron), karaniwang mga materyales:

HT300: ay isang uri ng pearlite ng mataas na lakas na gray cast iron, na ipinapatupad ang pambansang pamantayang GB 9439-88, ang pangalang "HT" ay kumakatawan sa gray cast iron, ang "300" ay nagpapahiwatig na ang minimum na tensile strength ng isang 30mm diameter test rod ay 300MPa.

QT600-3: Ang QT600-3 ay isang pearlitic body ductile iron, na may katamtaman at mataas na lakas, katamtamang tibay at plasticity, mataas na komprehensibong pagganap, mahusay na resistensya sa pagkasira at vibration damping, at mahusay na mga katangian sa proseso ng paghahagis. Maaari nitong baguhin ang mga katangian nito sa pamamagitan ng iba't ibang heat treatment.

Epekto ng pagpapadulas: Ang katigasan ng ibabaw ay maaaring umabot sa 45~55 HRC, ang lalim ng pinatigas na patong ay 0.1~0.8mm, at ang martensite + residual austenite structure ay nabubuo sa paligid ng graphite phase, na nagpapahusay sa kakayahan ng anti-grinding (halimbawa, ang friction coefficient ng machine tool guide rail pagkatapos ng quenching ay nababawasan ng 20%).

II. Mga metal na hindi ferrous at ang kanilang mga haluang metal (mga umuusbong na larangan ng aplikasyon)

1. Haluang metal na titan (Ti-6Al-4V, atbp.)

Ang titanium alloy ay tumutukoy sa iba't ibang uri ng haluang metal na gawa sa titanium at iba pang mga metal. Ang titanium ay isang mahalagang metal na istruktural na binuo noong dekada 1950, na may lakas, resistensya sa kalawang, at mataas na resistensya sa init.

Mga katangian ng pagpapatigas: Ang pag-init ng laser ay nagtataguyod ng pagbuo ng supersaturated martensite sa ibabaw, at ang katigasan ay tumataas mula 300 HV patungong 500~600 HV, habang pinapanatili ang mahusay na tibay (angkop para sa aero-engine blade reinforcement).

  Teknikal na kahirapan: Ang titanium alloy ay may mataas na laser reflectivity (mga 70%), kaya dapat gamitin ang surface pretreatment (tulad ng sandblasting) o ultraviolet laser (wavelength 355nm, reflectivity sa ibaba 30%).

2. Haluang metal na aluminyo (seryeng 2xxx, seryeng 7xxx)

Ito ay isang materyal na haluang metal na nakabatay sa aluminyo na naglalaman ng mga idinagdag na elemento tulad ng tanso, silicon, magnesiyo, zinc, at manganese. Sa pamamagitan ng mga pagsasaayos ng ratio ng elemento, nabubuo nito ang seryeng 1XXX hanggang 8XXX na sumasaklaw sa mga industriyal na purong aluminyo at mga haluang metal na aluminyo-tanso. Ang sistema ng state code nito ay batay sa limang pangunahing estado kabilang ang F (free machining) at O ​​(annealing), na may mga detalyadong code tulad ng T6 na nagbibigay-daan sa tumpak na kontrol ng lakas at mga katangian ng resistensya sa kalawang.

Mekanismo ng pagsusubo: Ang pagpapalakas ng solidong solusyon ay nakakamit sa pamamagitan ng mabilis na pag-init ng laser, at ang metastable precipitated phase ay nabubuo pagkatapos ng self-cooling (halimbawa, ang katigasan ng 7075 aluminum alloy ay tumataas mula 150 HV hanggang 220 HV pagkatapos ng quenching).

Mga limitasyon sa aplikasyon: Ang haluang metal na aluminyo ay may malakas na thermal conductivity (ang thermal conductivity ay humigit-kumulang 200 W/m K), kinakailangan ang high power laser (≥2 kW) upang matiyak ang kahusayan sa pag-init, at madaling makagawa ng thermal stress deformation.

3. Mga haluang metal na lata (tanso, bronse)

Ito ay isang haluang metal na binubuo ng purong tanso na may isa o higit pang karagdagang elemento. Mga Aplikasyon: Pagpapatigas ng ibabaw ng mga bahaging lumalaban sa pagkasira (hal., mga bearings, mga balbula). Pagkatapos ng laser quenching, ang ibabaw ay bumubuo ng isang nanocrystalline na istraktura, na nagpapataas ng katigasan ng 15% hanggang 30%. Gayunpaman, ang temperatura ng pag-init ay dapat kontrolin upang maiwasan ang paglambot ng matrix ng tanso.

III. Mga Espesyal na Materyales na Pang-functional

1. Mga Materyales ng Powder Metalurhiya (hal., mga bahaging powder metallurgical na nakabatay sa iron at tanso) Mga Kalamangan: Ang porous na istraktura ay maaaring mag-imbak ng lubricating oil, kung saan ang ibabaw ay nagiging mas siksik pagkatapos ng laser quenching. Ang katigasan ay tumataas mula 20-30 HRC hanggang 50-55 HRC, na ginagawa itong angkop para sa mga self-lubricating bearings.

2. Mga Materyales para sa Patong sa Ibabaw (hal., mga thermal spray coating at cladding layer) Karaniwang Aplikasyon: Pagkatapos ng laser quenching ng mga WC-Co coating na inispray sa mga ibabaw ng carbon steel, isang "martensite matrix + cemented carbide phase" composite structure ang nabubuo, na nakakamit ng katigasan na higit sa 1000 HV. Ang mga materyales na ito ay ginagamit sa mga bahaging hindi tinatablan ng pagkasira ng makinarya sa pagmimina.

IV. Mga materyales na hindi angkop para sa laser quenching

Mababang-karbon na bakal (nilalaman ng karbon Dahil sa hindi sapat na nilalaman ng carbon, ang martensitic transformation ay minimal, na nagreresulta sa mahinang epekto ng pagpapatigas (pagtaas ng katigasan na

Purong austenitic na hindi kinakalawang na asero (hal., 316L): Kulang sa kakayahang martensitic transformation. Ang pag-init gamit ang laser ay nagdudulot lamang ng work hardening na may limitadong pagpapabuti ng katigasan (humigit-kumulang 15% -20%).