Анализа на типовите и карактеристиките на материјалите погодни за технологија на ласерско гаснење

I. Материјали од црни метали (моментално најчеста примена)

1. Челик со средна и висока содржина на јаглерод (содржина на јаглерод 0,3%~0,8%), типични материјали:

45 челик (висококвалитетен среднојаглероден конструкциски челик), означен како S45C во JIS стандардите, ASTM 1045/080M46 и DIN C45, е премиум јаглероден конструкциски челик со следниов хемиски состав: 0,42-0,50% јаглерод (C), 0,17-0,37% силициум (Si), 0,50-0,80% манган (Mn) и ≤0,25% хром (Cr). Овој разноврсен материјал покажува одлична обработливост на ладно/топло, супериорни механички својства, економичност и широка достапност, што го прави широко користен во индустриски апликации. Сепак, неговото примарно ограничување лежи во ниската стврдливост, што го прави несоодветен за производство на компоненти за кои се потребни големи димензии на пресек или високи прецизни стандарди.

Т8 челик: Евтектоиден јаглероден челик за алати кој покажува висока тврдост и отпорност на абење по калење и калење, иако има ограничувања, вклучувајќи ниска стврдливост при топло стврднување, слаба стврдливост и подложност на прегревање на деформација за време на обработката. Овој материјал е во согласност со стандардите од серијата GB/T 1298, содржи содржина на јаглерод помеѓу 0,75% и 0,84%, што го прави погоден за производство на едноставни калапи за ладно обликување и алати за сечење. Процесот на калење бара ладење со вода на 780-800℃°C, додека калењето над 250℃°C обезбедува димензионална стабилност. Сепак, не се препорачува за апликации кои бараат отпорност на ударно оптоварување.

65Mn челик: Производ од пружински челик со висока цврстина по термичка обработка и стврднување со ладно влечење, кој нуди добра флексибилност и пластичност. Под идентични површински услови и целосно стврднување, неговата граница на замор се совпаѓа со онаа на петбојните легирани пружини. Сепак, поради слабата стврдливост, главно се користи за мали пружини како што се пружини за прилагодување на притисокот/регулација на брзината, пружини за мерење на сила, општи механички кружни/правоаголни спирални пружини или пружини од челик со жица за мали машини. Ефект на стврднување: Тврдоста на површината достигнува 55-65 HRC со длабочина на стврднат слој од 0,2~1,5 mm, со униформна мартензитна структура и значително подобрена отпорност на абење (на пр., векот на абење на челикот 45 се зголемува 4-6 пати по калењето). Погоден за запчаници, иглички и компоненти на вратило. Механизам: Доволната содржина на јаглерод формира изобилство мартензит, кој подлежи на целосна аустенитизација за време на брзото ласерско загревање и постигнува целосна фазна трансформација преку самоладење.

2. Легуриран конструкциски челик (додадете Cr, Ni, Mo и други елементи), типични материјали:

40Cr: (40Cr спаѓа во категоријата „легиран конструкциски челик“ како што е дефинирано во GB3077. Овој челик содржи 0,37%-0,44% јаглерод, малку пониско од челикот 45, со споредлива содржина на Si и Mn. Содржи 0,80%-1,10% Cr. Во топло валани апликации, оваа содржина од 1% Cr е во суштина неефикасна, бидејќи двата вида покажуваат слични механички својства. Со оглед на тоа што 40Cr чини околу половина од цената на челикот 45, економските размислувања честопати водат кон користење на челик 45 наместо тоа кога е можно.)

35CrMo: 35CrMo е спецификациски код за легиран конструкциски челик (легиран кален и темен челик), кој одговара на германскиот стандард 1.7220, британскиот стандард 708A37, францускиот стандард 35CD4, итн., во согласност со GB/T 3077-2015. Има јаглероден еквивалент од 0,72%, слаба заварливост што бара мерки за претходно загревање. Овој челик покажува висока статичка цврстина и отпорност на удар, со затезна цврстина ≥985MPa и граница на истегнување ≥835MPa, способен да издржи долгорочни работни температури до 500℃. Погоден е за производство на механички компоненти со големо оптоварување како што се менувачи, коленесто вратило, спојни прачки и вретена на парни турбини во валачки мелници.

20CrMnTi: Карбуризиран челик со содржина на јаглерод од 0,17%-0,24%, кој најчесто се користи во автомобилската индустрија за менувачи. Како средно стврднувачки карбуризиран челик (Cr-Mn-Ti), тој покажува исклучителна стврдливост, додека одржува висока цврстина на удар на ниски температури. Специјално дизајниран за површинско стврднување со карбуризација, овој челик покажува одлична машинска обработка со минимална деформација и извонредна отпорност на замор. Неговите главни примени вклучуваат производство на компоненти на вратило, делови од клип и специјализирани компоненти за автомобили и авиони.

Ефект на гаснење: тврдоста може да достигне 60~70 HRC, длабочината на стврднатиот слој е 0,3~2 mm, легираните елементи ја подобруваат стврдливоста и отпорноста на корозија (како што е опремата 35CrMo по гаснењето, јачината на замор се зголемува за 30%).

Забелешка: Високата содржина на легури може да ја намали стапката на апсорпција на ласерот, па затоа е потребно да се зголеми ефикасноста на апсорпција на енергија преку третман на зацрнување (како што се фосфатирање и премачкување).

3. Леано железо (сиво леано железо, еластично леано железо), типични материјали:

HT300: е перлит тип на сиво леано железо со висока цврстина, имплементиран во согласност со националниот стандард GB 9439-88, неговото име „HT“ претставува сиво леано железо, „300“ означува дека минималната затегнувачка цврстина на тест прачка со дијаметар од 30 mm е 300 MPa.

QT600-3: QT600-3 е перлитно еластично железо, со средна и висока цврстина, средна цврстина и пластичност, високи сеопфатни перформанси, добра отпорност на абење и пригушување на вибрации, добри карактеристики на процесот на леење. Може да ги менува своите својства преку различни термички третмани.

Ефект на гаснење: Тврдоста на површината може да достигне 45~55 HRC, длабочината на стврднатиот слој е 0,1~0,8 mm, а структурата на мартензит + остаток од аустенит се формира околу графитната фаза, што ја подобрува способноста за анти-мелење (на пример, коефициентот на триење на водилката на машинскиот алат по калењето е намален за 20%).

II. Обоени метали и нивни легури (нови области на примена)

1. Легура на титаниум (Ti-6Al-4V, итн.)

Титаниумска легура се однесува на различни легури направени од титаниум и други метали. Титанот е важен структурен метал развиен во 1950-тите, цврстина на титаниумска легура, отпорност на корозија, висока отпорност на топлина.

Карактеристики на стврднување: Ласерското загревање го поттикнува формирањето на презаситен мартензит на површината, а тврдоста се зголемува од 300 HV на 500~600 HV, додека се одржува добра цврстина (погодна за зајакнување на сечилата на аеромотори).

  Техничка тешкотија: Легурата на титаниум има висока ласерска рефлективност (околу 70%), па затоа треба да се користи површинска претходна обработка (како што е пескарење) или ултравиолетов ласер (бранова должина 355nm, рефлективност под 30%).

2. Легура на алуминиум (серија 2xxx, серија 7xxx)

Ова е легиран материјал базиран на алуминиум кој содржи додадени елементи како што се бакар, силициум, магнезиум, цинк и манган. Преку прилагодување на односот на елементите, ја формира серијата од 1XXX до 8XXX што ги опфаќа индустриските чисти алуминиумски и алуминиум-бакарни легури. Неговиот систем на кодови на состојби се базира на пет фундаментални состојби, вклучувајќи F (слободна обработка) и O (жарење), со детални кодови како T6 што овозможуваат прецизна контрола на својствата на цврстината и отпорноста на корозија.

Механизам за гаснење: Зацврстувањето на цврстиот раствор се постигнува со брзо загревање на ласер, а метастабилната преципитирана фаза се формира по самоладење (на пример, тврдоста на алуминиумската легура 7075 се зголемува од 150 HV на 220 HV по гаснењето).

Ограничувања на апликацијата: Алуминиумската легура има силна топлинска спроводливост (топлинската спроводливост е околу 200 W/m K), потребен е ласер со висока моќност (≥2 kW) за да се обезбеди ефикасност на греењето и лесно е да се произведе деформација на термички стрес.

3. Легури од калај (месинг, бронза)

Ова е легура составена од чист бакар со еден или повеќе дополнителни елементи. Примени: Површинско стврднување на компоненти отпорни на абење (на пр., лежишта, вентили). По ласерското гаснење, површината формира нанокристална структура, зголемувајќи ја тврдоста за 15% до 30%. Сепак, температурата на загревање мора да се контролира за да се спречи омекнување на бакарната матрица.

III. Специјални функционални материјали

1. Материјали за прашкаста металургија (на пр., компоненти за прашкаста металургија на база на железо и бакар) Предности: Порозната структура може да складира масло за подмачкување, при што површината станува погуста по ласерското гаснење. Тврдината се зголемува од 20-30 HRC на 50-55 HRC, што ги прави погодни за самоподмачкувачки лежишта.

2. Материјали за површински премази (на пр., термички распрскувачки премази и слоеви за обложување) Типични примени: По ласерското гаснење на WC-Co премази испрскани на површини од јаглероден челик, се формира композитна структура од „мартензитна матрица + цементирана карбидна фаза“, која постигнува тврдост што надминува 1000 HV. Овие материјали се користат во компоненти отпорни на абење на рударските машини.

IV. Материјали несоодветни за ласерско гаснење

Челик со ниска содржина на јаглерод (содржина на јаглерод Поради недоволна содржина на јаглерод, мартензитната трансформација е минимална, што резултира со слаби ефекти на стврднување (зголемување на тврдоста

Чист аустенитен не'рѓосувачки челик (на пр., 316L): Нема способност за мартензитна трансформација. Ласерското загревање предизвикува само стврднување при работа со ограничено подобрување на тврдоста (приближно 15% -20%).