Analisis jenis dan ciri bahan yang sesuai untuk teknologi pelindapkejutan laser

I. Bahan logam ferus (kini aplikasi paling arus perdana)

1. Keluli karbon sederhana dan tinggi (kandungan karbon 0.3% ~ 0.8%), bahan tipikal:

45 keluli (keluli struktur karbon sederhana berkualiti tinggi), ditetapkan sebagai S45C dalam piawaian JIS, ASTM 1045/080M46, dan DIN C45, ialah keluli struktur karbon premium dengan komposisi kimia berikut: 0.42-0.50% karbon (C), 0.17-0.37% silikon (Si), 0.50-0.80% mangan (Mn), dan ≤0.25% kromium (Cr). Bahan serba boleh ini menunjukkan kebolehkerjaan sejuk/panas yang sangat baik, sifat mekanikal yang unggul, keberkesanan kos dan ketersediaan yang luas, menjadikannya digunakan secara meluas dalam aplikasi perindustrian. Walau bagaimanapun, batasan utamanya terletak pada kebolehkerasan yang rendah, menjadikannya tidak sesuai untuk komponen pembuatan yang memerlukan dimensi keratan rentas yang besar atau piawaian ketepatan yang tinggi.

Keluli T8: Keluli alat karbon eutektoid yang mempamerkan kekerasan dan rintangan haus yang tinggi selepas pelindapkejutan dan pembajaan, walaupun ia mempunyai batasan termasuk kebolehkerasan panas yang rendah, kebolehkerasan yang lemah, dan kerentanan terhadap ubah bentuk terlalu panas semasa pemesinan. Bahan ini mematuhi piawaian siri GB/T 1298, yang mengandungi kandungan karbon antara 0.75% dan 0.84%, menjadikannya sesuai untuk pembuatan acuan pembentuk sejuk berbentuk ringkas dan alat pemotong. Proses pelindapkejutan memerlukan penyejukan air pada 780-800℃°C, manakala pembajaan melebihi 250℃°C memastikan kestabilan dimensi. Walau bagaimanapun, ia tidak digalakkan untuk aplikasi yang memerlukan rintangan beban hentaman.

Keluli 65Mn: Produk keluli spring dengan kekuatan tinggi selepas rawatan haba dan pengerasan tarikan sejuk, menawarkan fleksibiliti dan keplastikan yang baik. Di bawah keadaan permukaan yang sama dan pengerasan penuh, had lesunya sepadan dengan spring aloi lima warna. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kebolehkerasan yang lemah, ia digunakan terutamanya untuk spring bersaiz kecil seperti spring pelarasan tekanan/pengatur kelajuan, spring pengukur daya, spring heliks bulat/segi empat tepat mekanikal umum, atau spring keluli yang ditarik dawai untuk jentera kecil. Kesan Pengerasan: Kekerasan permukaan mencapai 55-65 HRC dengan kedalaman lapisan yang dikeraskan 0.2~1.5mm, menampilkan struktur martensit yang seragam dan rintangan haus yang dipertingkatkan dengan ketara (cth., hayat haus keluli 45 meningkat 4-6 kali ganda selepas pelindapkejutan). Sesuai untuk gear, pin dan komponen aci. Mekanisme: Kandungan karbon yang mencukupi membentuk martensit yang banyak, yang mengalami austenitisasi lengkap semasa pemanasan laser yang cepat dan mencapai transformasi fasa penuh melalui pelindapkejutan penyejukan sendiri.

2. Keluli struktur aloi (tambah Cr, Ni, Mo dan unsur lain), bahan tipikal:

40Cr: (40Cr termasuk dalam kategori "keluli struktur aloi" seperti yang ditakrifkan dalam GB3077. Keluli ini mengandungi 0.37%-0.44% karbon, sedikit lebih rendah daripada keluli 45, dengan kandungan Si dan Mn yang setanding. Ia mengandungi 0.80%-1.10% Cr. Dalam aplikasi gulungan panas, kandungan 1% Cr ini pada asasnya tidak berkesan, kerana kedua-dua gred menunjukkan sifat mekanikal yang serupa. Memandangkan kos 40Cr kira-kira separuh daripada keluli 45, pertimbangan ekonomi sering membawa kepada penggunaan keluli 45 sebaliknya apabila boleh.

35CrMo: 35CrMo ialah kod spesifikasi untuk keluli struktur aloi (keluli aloi yang telah dipadamkan dan dibaja), sepadan dengan piawaian Jerman 1.7220, piawaian British 708A37, piawaian Perancis 35CD4, dsb., dengan pematuhan GB/T 3077-2015. Ia mempunyai setara karbon sebanyak 0.72%, kebolehkimpalan yang lemah yang memerlukan langkah prapemanasan. Keluli ini mempamerkan kekuatan statik dan ketahanan hentaman yang tinggi, dengan kekuatan tegangan ≥985MPa dan kekuatan alah ≥835MPa, mampu menahan suhu operasi jangka panjang sehingga 500℃. Ia sesuai untuk mengeluarkan komponen mekanikal beban tinggi seperti kotak gear, aci engkol, rod penyambung dan gelendong turbin stim dalam kilang penggelek.

20CrMnTi: Keluli berkarbur dengan kandungan karbon 0.17%-0.24%, biasa digunakan dalam pembuatan automotif untuk gear transmisi. Sebagai keluli berkarbur pengerasan sederhana (Cr-Mn-Ti), ia menunjukkan kebolehkerasan yang luar biasa sambil mengekalkan ketahanan hentaman suhu rendah yang tinggi. Direka bentuk khusus untuk pengerasan karburisasi permukaan, keluli ini mempamerkan kebolehmesinan yang sangat baik dengan ubah bentuk minimum dan rintangan lesu yang luar biasa. Aplikasi utamanya termasuk pembuatan komponen aci, bahagian omboh dan komponen khusus untuk automobil dan pesawat.

Kesan pelindapkejutan: Kekerasan boleh mencapai 60 ~ 70 HRC, kedalaman lapisan keras 0.3 ~ 2mm, elemen aloi meningkatkan kebolehkerasan dan rintangan kakisan (seperti gear 35CrMo selepas kekuatan keletihan pelindapkejutan meningkat sebanyak 30%).

Nota: Kandungan aloi yang tinggi boleh mengurangkan kadar penyerapan laser, jadi adalah perlu untuk meningkatkan kecekapan penyerapan tenaga melalui rawatan penghitaman (seperti pengfosfatan dan penyalutan).

3. Besi tuang (besi tuang kelabu, besi tuang mulur), bahan tipikal:

HT300: ialah sejenis pearlit besi tuang kelabu kekuatan tinggi, melaksanakan piawaian kebangsaan GB 9439-88, namanya "HT" mewakili besi tuang kelabu, "300" menunjukkan bahawa kekuatan tegangan minimum rod ujian berdiameter 30mm ialah 300MPa.

QT600-3: QT600-3 ialah besi mulur berbadan pearlitik, dengan kekuatan sederhana dan tinggi, ketahanan dan keplastikan sederhana, prestasi komprehensif yang tinggi, rintangan haus dan redaman getaran yang baik, ciri-ciri proses tuangan yang baik. Ia boleh mengubah sifatnya melalui pelbagai rawatan haba.

Kesan pelindapkejutan: Kekerasan permukaan boleh mencapai 45 ~ 55 HRC, kedalaman lapisan yang dikeraskan 0.1 ~ 0.8mm, dan struktur austenit sisa martensit + terbentuk di sekitar fasa grafit, yang meningkatkan keupayaan anti-pengisaran (contohnya, pekali geseran rel panduan alat mesin selepas pelindapkejutan dikurangkan sebanyak 20%).

II. Logam bukan ferus dan aloinya (bidang aplikasi yang baru muncul)

1. Aloi titanium (Ti-6Al-4V, dsb.)

Aloi titanium merujuk kepada pelbagai aloi yang diperbuat daripada titanium dan logam lain. Titanium ialah logam struktur penting yang dibangunkan pada tahun 1950-an, dengan kekuatan aloi titanium, rintangan kakisan, dan rintangan haba yang tinggi.

Ciri-ciri pengerasan: Pemanasan laser menggalakkan pembentukan martensit tepu lampau pada permukaan, dan kekerasannya meningkat daripada 300 HV kepada 500~600 HV, sambil mengekalkan ketahanan yang baik (sesuai untuk tetulang bilah aero-enjin).

  Kesukaran teknikal: Aloi titanium mempunyai pemantulan laser yang tinggi (kira-kira 70%), jadi rawatan awal permukaan (seperti letupan pasir) atau laser ultraungu (panjang gelombang 355nm, pemantulan di bawah 30%) harus digunakan.

2. Aloi aluminium (siri 2xxx, siri 7xxx)

Ini merupakan bahan aloi berasaskan aluminium yang mengandungi unsur tambahan seperti kuprum, silikon, magnesium, zink dan mangan. Melalui pelarasan nisbah unsur, ia membentuk siri 1XXX hingga 8XXX yang meliputi aluminium tulen industri dan aloi aluminium-kuprum. Sistem kod keadaannya adalah berdasarkan lima keadaan asas termasuk F (pemesinan bebas) dan O (penyepuhlindapan), dengan kod terperinci seperti T6 yang membolehkan kawalan tepat terhadap kekuatan dan sifat rintangan kakisan.

Mekanisme pelindapkejutan: Penguatan larutan pepejal dicapai melalui pemanasan laser yang pantas, dan fasa termendak metastabil terbentuk selepas penyejukan sendiri (contohnya, kekerasan aloi aluminium 7075 meningkat daripada 150 HV kepada 220 HV selepas pelindapkejutan).

Had aplikasi: Aloi aluminium mempunyai kekonduksian terma yang kuat (kekonduksian terma adalah kira-kira 200 W/m K), laser berkuasa tinggi (≥2 kW) diperlukan untuk memastikan kecekapan pemanasan, dan mudah untuk menghasilkan ubah bentuk tegasan terma.

3. Aloi timah (loyang, gangsa)

Ini adalah aloi yang terdiri daripada kuprum tulen dengan satu atau lebih elemen tambahan. Aplikasi: Pengerasan permukaan komponen tahan haus (cth., galas, injap). Selepas pelindapkejutan laser, permukaan membentuk struktur nanokristalin, meningkatkan kekerasan sebanyak 15% hingga 30%. Walau bagaimanapun, suhu pemanasan mesti dikawal untuk mengelakkan pelembutan matriks kuprum.

III. Bahan Fungsian Khas

1. Bahan Metalurgi Serbuk (contohnya, komponen metalurgi serbuk berasaskan besi dan kuprum) Kelebihan: Struktur berliang boleh menyimpan minyak pelincir, dengan permukaan menjadi lebih padat selepas pelindapkejutan laser. Kekerasan meningkat daripada 20-30 HRC kepada 50-55 HRC, menjadikannya sesuai untuk galas pelincir sendiri.

2. Bahan Salutan Permukaan (cth., salutan semburan haba dan lapisan pelapisan) Aplikasi Lazim: Selepas pelindapkejutan laser salutan WC-Co yang disembur pada permukaan keluli karbon, struktur komposit "matriks martensit + fasa karbida simen" terbentuk, mencapai kekerasan melebihi 1000 HV. Bahan-bahan ini digunakan dalam komponen tahan haus jentera perlombongan.

IV. Bahan yang tidak sesuai untuk pelindapkejutan laser

Keluli rendah karbon (kandungan karbon Disebabkan kandungan karbon yang tidak mencukupi, transformasi martensit adalah minimum, mengakibatkan kesan pengerasan yang lemah (peningkatan kekerasan

Keluli tahan karat austenit tulen (contohnya, 316L): Tidak mempunyai keupayaan transformasi martensitik. Pemanasan laser hanya menyebabkan pengerasan kerja dengan peningkatan kekerasan yang terhad (kira-kira 15% -20%).