Analyse av materialtyper og egenskaper som er egnet for laserslukkingsteknologi

I. Jernholdige metallmaterialer (for tiden den vanligste bruken)

1. Middels og høykarbonstål (karboninnhold 0,3 % ~ 0,8 %), typiske materialer:

45 stål (høykvalitets konstruksjonsstål med medium karboninnhold), betegnet som S45C i JIS-standarder, ASTM 1045/080M46 og DIN C45, er et premium karbonkonstruksjonsstål med følgende kjemiske sammensetning: 0,42–0,50 % karbon (C), 0,17–0,37 % silisium (Si), 0,50–0,80 % mangan (Mn) og ≤0,25 % krom (Cr). Dette allsidige materialet viser utmerket kald-/varmbearbeidbarhet, overlegne mekaniske egenskaper, kostnadseffektivitet og bred tilgjengelighet, noe som gjør det mye brukt i industrielle applikasjoner. Imidlertid ligger den primære begrensningen i lav herdbarhet, noe som gjør det uegnet for produksjon av komponenter som krever store tverrsnittsdimensjoner eller høye presisjonsstandarder.

T8 stål: Et eutektoid karbonverktøystål som viser høy hardhet og slitestyrke etter bråkjøling og anløping, men har begrensninger, inkludert lav varmherdbarhet, dårlig herdbarhet og mottakelighet for overopphetingsdeformasjon under maskinering. Dette materialet overholder GB/T 1298-seriens standarder, og inneholder et karboninnhold mellom 0,75 % og 0,84 %, noe som gjør det egnet for produksjon av enkle kaldformingsformer og skjæreverktøy. Bråkjølingsprosessen krever vannkjøling ved 780–800 ℃ °C, mens anløping over 250 ℃ °C sikrer dimensjonsstabilitet. Det anbefales imidlertid ikke for applikasjoner som krever motstand mot slagbelastning.

65Mn stål: Et fjærstålprodukt med høy styrke etter varmebehandling og kaldtrekkingsherding, som gir god fleksibilitet og plastisitet. Under identiske overflateforhold og full herding samsvarer utmattingsgrensen med femfarges legeringsfjærer. På grunn av dårlig herdbarhet brukes det imidlertid hovedsakelig til små fjærer som trykkjusterende/hastighetsregulerende fjærer, kraftmålende fjærer, generelle mekaniske sirkulære/rektangulære spiralfjærer eller trådtrukne stålfjærer for små maskiner. Herdingseffekt: Overflatehardheten når 55–65 HRC med en herdet lagdybde på 0,2–1,5 mm, med jevn martensittisk struktur og betydelig forbedret slitestyrke (f.eks. øker slitestyrken til 45-stål 4–6 ganger etter bråkjøling). Egnet for gir, tapper og akselkomponenter. Mekanisme: Tilstrekkelig karboninnhold danner rikelig martensitt, som gjennomgår fullstendig austenittisering under rask laseroppvarming og oppnår full fasetransformasjon gjennom selvkjølende bråkjøling.

2. Legert konstruksjonsstål (tilsett Cr, Ni, Mo og andre elementer), typiske materialer:

40Cr: (40Cr faller inn under kategorien «legert konstruksjonsstål» som definert i GB3077. Dette stålet inneholder 0,37–0,44 % karbon, noe lavere enn 45-stål, med sammenlignbart Si- og Mn-innhold. Det inneholder 0,80–1,10 % Cr. I varmvalsede applikasjoner er dette 1 % Cr-innholdet i hovedsak ineffektivt, ettersom begge kvalitetene viser lignende mekaniske egenskaper. Gitt at 40Cr koster omtrent halvparten så mye som 45-stål, fører økonomiske hensyn ofte til å bruke 45-stål i stedet når det er mulig.)

35CrMo: 35CrMo er en spesifikasjonskode for legert konstruksjonsstål (legert herdet og herdet stål), som tilsvarer tysk standard 1.7220, britisk standard 708A37, fransk standard 35CD4, etc., i samsvar med GB/T 3077-2015. Det har en karbonekvivalent på 0,72 %, dårlig sveisbarhet som krever forvarming. Dette stålet har høy statisk styrke og slagfasthet, med strekkfasthet ≥985 MPa og flytegrense ≥835 MPa, og tåler langvarige driftstemperaturer opptil 500 ℃. Det er egnet for produksjon av mekaniske komponenter med høy belastning som girkasser, veivaksler, forbindelsesstenger og dampturbinspindler i valseverk.

20CrMnTi: Et karburisert stål med et karboninnhold på 0,17–0,24 %, som ofte brukes i bilproduksjon for girkasser. Som et mediumherdende karburisert stål (Cr-Mn-Ti) viser det eksepsjonell herdbarhet samtidig som det opprettholder høy slagfasthet ved lav temperatur. Spesielt konstruert for overflatekarburiseringsherding, viser dette stålet utmerket maskinbearbeidbarhet med minimal deformasjon og enestående utmattingsmotstand. Dets primære bruksområder inkluderer produksjon av akselkomponenter, stempeldeler og spesialiserte komponenter for biler og fly.

Slukkende effekt: Hardheten kan nå 60~70 HRC, herdet lagdybde 0,3~2 mm, legeringselementene forbedrer herdbarheten og korrosjonsmotstanden (for eksempel 35CrMo-gir øker utmattingsstyrken med 30%) etter bråkjøling.

Merk: Det høye legeringsinnholdet kan redusere laserens absorpsjonshastighet, så det er nødvendig å forbedre energiabsorpsjonseffektiviteten gjennom svertingbehandling (som fosfatering og belegg).

3. Støpejern (grått støpejern, duktilt støpejern), typiske materialer:

HT300: er en perlitttype av høyfast grått støpejern, implementerer den nasjonale standarden GB 9439-88, navnet "HT" representerer grått støpejern, "300" indikerer at minimum strekkfasthet for en teststang med 30 mm diameter er 300 MPa.

QT600-3: QT600-3 er et duktilt jern med perlittisk form, med middels og høy styrke, middels seighet og plastisitet, høy total ytelse, god slitestyrke og vibrasjonsdemping, samt gode støpeprosessegenskaper. Det kan endre egenskapene sine gjennom ulike varmebehandlinger.

Slukkende effekt: Overflatehardheten kan nå 45~55 HRC, det herdede lagets dybde 0,1~0,8 mm, og martensitt + restaustenittstrukturen dannes rundt grafittfasen, noe som forbedrer slipeevnen (for eksempel reduseres friksjonskoeffisienten til maskinverktøyets føringsskinne med 20%).

II. Ikke-jernholdige metaller og legeringer av disse (fremvoksende bruksområder)

1. Titanlegering (Ti-6Al-4V, etc.)

Titanlegering refererer til en rekke legeringer laget av titan og andre metaller. Titan er et viktig strukturmetall utviklet på 1950-tallet, med titanlegeringsstyrke, korrosjonsbestandighet og høy varmebestandighet.

Herdingsegenskaper: Laseroppvarmingen fremmer dannelsen av overmettet martensitt på overflaten, og hardheten økes fra 300 HV til 500~600 HV, samtidig som god seighet opprettholdes (egnet for forsterkning av flymotorblad).

  Teknisk vanskelighetsgrad: Titanlegering har høy laserreflektivitet (ca. 70 %), så overflatebehandling (som sandblåsing) eller ultrafiolett laser (bølgelengde 355 nm, reflektivitet under 30 %) bør brukes.

2. Aluminiumslegering (2xxx-serien, 7xxx-serien)

Dette er et aluminiumbasert legeringsmateriale som inneholder tilsatte elementer som kobber, silisium, magnesium, sink og mangan. Gjennom justeringer av elementforholdet danner det 1XXX til 8XXX-serien som dekker industriell ren aluminium og aluminium-kobber-legeringer. Tilstandskodesystemet er basert på fem grunnleggende tilstander, inkludert F (frimaskinering) og O (gløding), med detaljerte koder som T6 som muliggjør presis kontroll av styrke og korrosjonsbestandighetsegenskaper.

Slukkemekanisme: Forsterkning av fast løsning oppnås ved rask oppvarming av laseren, og den metastabile utfelte fasen dannes etter selvkjøling (for eksempel øker hardheten til 7075 aluminiumslegering fra 150 HV til 220 HV etter bråkjøling).

Applikasjonsbegrensninger: Aluminiumslegering har sterk varmeledningsevne (varmeledningsevnen er omtrent 200 W/m K), høyeffektslaser (≥2 kW) er nødvendig for å sikre varmeeffektivitet, og det er lett å produsere termisk spenningsdeformasjon.

3. Tinnlegeringer (messing, bronse)

Dette er en legering bestående av rent kobber med ett eller flere tilleggselementer. Bruksområder: Overflateherding av slitesterke komponenter (f.eks. lagre, ventiler). Etter laserherding danner overflaten en nanokrystallinsk struktur, noe som øker hardheten med 15 % til 30 %. Oppvarmingstemperaturen må imidlertid kontrolleres for å forhindre mykning av kobbermatrisen.

III. Spesielle funksjonelle materialer

1. Pulvermetallurgiske materialer (f.eks. jernbaserte og kobberbaserte pulvermetallurgiske komponenter) Fordeler: Den porøse strukturen kan lagre smøreolje, og overflaten blir tettere etter laserbråkjøling. Hardheten øker fra 20–30 HRC til 50–55 HRC, noe som gjør dem egnet for selvsmørende lagre.

2. Overflatebeleggmaterialer (f.eks. termiske sprøytebelegg og kledningslag) Typiske bruksområder: Etter laserherding av WC-Co-belegg sprøytet på karbonståloverflater, dannes en komposittstruktur av "martensittmatrise + sementert karbidfase", som oppnår en hardhet på over 1000 HV. Disse materialene brukes i slitesterke komponenter i gruvemaskiner.

IV. Materialer som ikke er egnet for laserslukking

Lavkarbonstål (karboninnhold På grunn av utilstrekkelig karboninnhold er den martensittiske transformasjonen minimal, noe som resulterer i dårlige herdeeffekter (hardhetsøkning

Rent austenittisk rustfritt stål (f.eks. 316L): Mangler martensittisk transformasjonsevne. Laseroppvarming forårsaker kun deformasjonsherding med begrenset hardhetsforbedring (omtrent 15 % -20 %).