Analyse af materialetyper og egenskaber, der er egnede til laserdæmpningsteknologi

I. Jernholdige metaller (i øjeblikket den mest almindelige anvendelse)

1. Mellem- og højkulstofstål (kulstofindhold 0,3% ~ 0,8%), typiske materialer:

45 stål (højkvalitets mediumkulstofkonstruktionsstål), betegnet som S45C i JIS-standarder, ASTM 1045/080M46 og DIN C45, er et premiumkulstofkonstruktionsstål med følgende kemiske sammensætning: 0,42-0,50% kulstof (C), 0,17-0,37% silicium (Si), 0,50-0,80% mangan (Mn) og ≤0,25% krom (Cr). Dette alsidige materiale udviser fremragende kold-/varmbearbejdelighed, overlegne mekaniske egenskaber, omkostningseffektivitet og bred tilgængelighed, hvilket gør det meget anvendt i industrielle applikationer. Dets primære begrænsning ligger dog i lav hærdbarhed, hvilket gør det uegnet til fremstilling af komponenter, der kræver store tværsnitsdimensioner eller høje præcisionsstandarder.

T8 stål: Et eutektoidt kulstofværktøjsstål, der udviser høj hårdhed og slidstyrke efter bratkøling og anløbning, selvom det har begrænsninger, herunder lav varmhærdbarhed, dårlig hærdbarhed og modtagelighed for overophedningsdeformation under bearbejdning. Dette materiale overholder GB/T 1298-seriens standarder og indeholder et kulstofindhold mellem 0,75 % og 0,84 %, hvilket gør det egnet til fremstilling af simple koldformningsmatrices og skæreværktøjer. Blødkølingsprocessen kræver vandkøling ved 780-800 ℃°C, mens anløbning over 250 ℃°C sikrer dimensionsstabilitet. Det anbefales dog ikke til applikationer, der kræver modstandsdygtighed over for slagbelastning.

65Mn stål: Et fjederstålsprodukt med høj styrke efter varmebehandling og koldhærdning, der giver god fleksibilitet og plasticitet. Under identiske overfladeforhold og fuld hærdning matcher dets udmattelsesgrænse den for femfarvede legeringsfjedre. På grund af dårlig hærdbarhed anvendes det dog hovedsageligt til små fjedre såsom trykjusterende/hastighedsregulerende fjedre, kraftmålingsfjedre, generelle mekaniske cirkulære/rektangulære spiralfjedre eller trådtrukne stålfjedre til små maskiner. Hærdningseffekt: Overfladehårdheden når 55-65 HRC med en hærdet lagdybde på 0,2~1,5 mm, med ensartet martensitisk struktur og betydeligt forbedret slidstyrke (f.eks. øges 45-ståls slidstyrke 4-6 gange efter bratkøling). Velegnet til gear, stifter og akselkomponenter. Mekanisme: Tilstrækkeligt kulstofindhold danner rigeligt martensit, som undergår fuldstændig austenisering under hurtig laseropvarmning og opnår fuld fasetransformation gennem selvkølende bratkøling.

2. Legeret konstruktionsstål (tilsæt Cr, Ni, Mo og andre elementer), typiske materialer:

40Cr: (40Cr falder ind under kategorien "legeret konstruktionsstål" som defineret i GB3077. Dette stål indeholder 0,37%-0,44% kulstof, lidt lavere end 45-stål, med et sammenligneligt Si- og Mn-indhold. Det indeholder 0,80%-1,10% Cr. I varmvalsede applikationer er dette 1% Cr-indhold stort set ineffektivt, da begge kvaliteter udviser lignende mekaniske egenskaber. Da 40Cr koster omkring halvt så meget som 45-stål, fører økonomiske overvejelser ofte til at bruge 45-stål i stedet, når det er muligt.)

35CrMo: 35CrMo er en specifikationskode for legeret konstruktionsstål (legeret hærdet og hærdet stål), svarende til tysk standard 1.7220, britisk standard 708A37, fransk standard 35CD4 osv., i overensstemmelse med GB/T 3077-2015. Det har et kulstofækvivalent på 0,72%, dårlig svejsbarhed, der kræver forvarmning. Dette stål udviser høj statisk styrke og slagsejhed, med en trækstyrke ≥985 MPa og en flydespænding ≥835 MPa, og er i stand til at modstå langvarige driftstemperaturer på op til 500 ℃. Det er egnet til fremstilling af mekaniske komponenter med høj belastning såsom gearkasser, krumtapaksler, plejlstænger og dampturbinespindler i valseværker.

20CrMnTi: Et karbureret stål med et kulstofindhold på 0,17%-0,24%, der almindeligvis anvendes i bilproduktion til gearkasser. Som et mediumhærdende karbureret stål (Cr-Mn-Ti) udviser det enestående hærdbarhed, samtidig med at det opretholder høj slagfasthed ved lav temperatur. Specielt konstrueret til overfladekarbureringshærdning udviser dette stål fremragende bearbejdelighed med minimal deformation og enestående udmattelsesstyrke. Dets primære anvendelser omfatter fremstilling af akselkomponenter, stempeldele og specialkomponenter til biler og fly.

Slukningseffekt: Hårdheden kan nå 60~70 HRC, det hærdede lag er 0,3~2 mm tykt, og legeringselementerne forbedrer hærdbarheden og korrosionsbestandigheden (f.eks. øges udmattelsesstyrken med 30% efter bratkøling af 35CrMo-gear).

Bemærk: Det høje legeringsindhold kan reducere laserens absorptionshastighed, så det er nødvendigt at forbedre energiabsorptionseffektiviteten gennem sortningsbehandling (såsom fosfatering og belægning).

3. Støbejern (gråt støbejern, duktilt støbejern), typiske materialer:

HT300: er en perlittype af højstyrkestøbejern, implementerer den nationale standard GB 9439-88, dens navn "HT" repræsenterer gråt støbejern, "300" angiver, at den minimale trækstyrke for en teststang med en diameter på 30 mm er 300 MPa.

QT600-3: QT600-3 er et duktilt jern med perlitisk krop, med medium og høj styrke, medium sejhed og plasticitet, høj omfattende ydeevne, god slidstyrke og vibrationsdæmpning, gode støbeprocesegenskaber. Det kan ændre sine egenskaber gennem forskellige varmebehandlinger.

Slukningseffekt: Overfladehårdheden kan nå 45~55 HRC, det hærdede lagdybde 0,1~0,8 mm, og martensit + restaustenitstrukturen dannes omkring grafitfasen, hvilket forbedrer anti-slibningsevnen (for eksempel reduceres friktionskoefficienten for maskinværktøjsskinnen efter bratkøling med 20%).

II. Ikke-jernholdige metaller og legeringer heraf (nye anvendelsesområder)

1. Titanlegering (Ti-6Al-4V osv.)

Titanlegering refererer til en række forskellige legeringer lavet af titanium og andre metaller. Titanium er et vigtigt strukturmetal, der blev udviklet i 1950'erne, med sin styrke, korrosionsbestandighed og høje varmebestandighed.

Hærdningsegenskaber: Laseropvarmningen fremmer dannelsen af ​​overmættet martensit på overfladen, og hårdheden øges fra 300 HV til 500~600 HV, samtidig med at god sejhed opretholdes (egnet til forstærkning af flymotorblade).

  Teknisk vanskelighed: Titanlegeringer har høj laserreflektivitet (ca. 70%), så overfladeforbehandling (såsom sandblæsning) eller ultraviolet laser (bølgelængde 355 nm, reflektivitet under 30%) bør anvendes.

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

Dette er et aluminiumbaseret legeringsmateriale, der indeholder tilsatte elementer som kobber, silicium, magnesium, zink og mangan. Gennem justeringer af elementforholdet danner det 1XXX til 8XXX-serien, der dækker industriel ren aluminium og aluminium-kobberlegeringer. Dets tilstandskodesystem er baseret på fem grundlæggende tilstande, herunder F (fribearbejdning) og O (glødning), med detaljerede koder som T6, der muliggør præcis kontrol af styrke- og korrosionsbestandighedsegenskaber.

Slukningsmekanisme: Forstærkningen af ​​den faste opløsning opnås ved hurtig opvarmning af laseren, og den metastabile udfældede fase dannes efter selvkøling (for eksempel øges hårdheden af ​​7075 aluminiumlegering fra 150 HV til 220 HV efter bratkøling).

Applikationsbegrænsninger: Aluminiumlegering har stærk termisk ledningsevne (termisk ledningsevne er ca. 200 W/m K), en højeffektlaser (≥2 kW) er nødvendig for at sikre opvarmningseffektivitet, og det er let at producere termisk spændingsdeformation.

3. Tinlegeringer (messing, bronze)

Dette er en legering bestående af rent kobber med et eller flere yderligere elementer. Anvendelser: Overfladehærdning af slidstærke komponenter (f.eks. lejer, ventiler). Efter laserafkøling danner overfladen en nanokrystallinsk struktur, hvilket øger hårdheden med 15 % til 30 %. Opvarmningstemperaturen skal dog kontrolleres for at forhindre blødgøring af kobbermatrixen.

III. Særlige funktionelle materialer

1. Pulvermetallurgiske materialer (f.eks. jernbaserede og kobberbaserede pulvermetallurgiske komponenter) Fordele: Den porøse struktur kan lagre smøreolie, og overfladen bliver tættere efter laserdæmpning. Hårdheden stiger fra 20-30 HRC til 50-55 HRC, hvilket gør dem velegnede til selvsmørende lejer.

2. Overfladebelægningsmaterialer (f.eks. termiske sprøjtebelægninger og beklædningslag) Typiske anvendelser: Efter laserafkøling af WC-Co-belægninger sprøjtet på kulstofståloverflader dannes en kompositstruktur af "martensitmatrix + hårdmetalfase", der opnår en hårdhed på over 1000 HV. Disse materialer anvendes i slidstærke komponenter i minedriftsmaskiner.

IV. Materialer, der er uegnede til laserdæmpning

Lavkulstofstål (kulstofindhold På grund af utilstrækkeligt kulstofindhold er den martensitiske transformation minimal, hvilket resulterer i dårlige hærdningseffekter (hårdhedsforøgelse

Rent austenitisk rustfrit stål (f.eks. 316L): Mangler martensitisk transformationsevne. Laseropvarmning forårsager kun deformationshærdning med begrænset hårdhedsforbedring (ca. 15% -20%).