Лазерлік сөндіру технологиясына жарамды материал түрлері мен сипаттамаларын талдау

I. Қара металл материалдары (қазіргі уақытта ең кең таралған қолданыс)

1. Орташа және жоғары көміртекті болат (көміртегі мөлшері 0,3% ~ 0,8%), типтік материалдар:

45 болат (жоғары сапалы орташа көміртекті құрылымдық болат), JIS, ASTM 1045/080M46 және DIN C45 стандарттарында S45C ретінде белгіленген, келесі химиялық құрамы бар жоғары сапалы көміртекті құрылымдық болат: 0,42-0,50% көміртек (C), 0,17-0,37% кремний (Si), 0,50-0,80% марганец (Mn) және ≤0,25% хром (Cr). Бұл әмбебап материал суық/ыстық өңдеудің тамаша мүмкіндігін, жоғары механикалық қасиеттерін, үнемділігін және кең қолжетімділігін көрсетеді, бұл оны өнеркәсіптік қолданбаларда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. Дегенмен, оның негізгі шектеуі төмен қатаюда, бұл оны үлкен көлденең қима өлшемдерін немесе жоғары дәлдік стандарттарын талап ететін компоненттерді өндіруге жарамсыз етеді.

T8 болаты: Эвтектоидты көміртекті құрал болаты, шынықтыру мен шынықтырудан кейін жоғары қаттылық пен тозуға төзімділік көрсетеді, дегенмен оның ыстықтай қатаюының төмендігі, қатаюының нашарлығы және өңдеу кезінде қызып кету деформациясына бейімділік сияқты шектеулері бар. Бұл материал GB/T 1298 сериялы стандарттарына сәйкес келеді, көміртегі мөлшері 0,75% және 0,84% аралығында, бұл оны қарапайым пішінді суық пішіндеуші қалыптар мен кескіш құралдарды өндіруге жарамды етеді. Шынықтыру процесі 780-800℃°C температурада сумен салқындатуды қажет етеді, ал 250℃°C жоғары температурада шынықтыру өлшемдік тұрақтылықты қамтамасыз етеді. Дегенмен, соққы жүктемесіне төзімділікті қажет ететін қолданбалар үшін ұсынылмайды.

65Mn болат: Термиялық өңдеуден және суық тарту арқылы беріктендіруден кейін жоғары беріктікке ие, жақсы икемділік пен пластикалықты ұсынатын серіппелі болат өнімі. Бірдей беттік жағдайлар мен толық беріктендіру кезінде оның шаршау шегі бес түсті қорытпалы серіппелердің шаршау шегіне сәйкес келеді. Дегенмен, қатаюының нашарлығына байланысты, ол негізінен қысымды реттейтін/жылдамдықты реттейтін серіппелер, күш өлшейтін серіппелер, жалпы механикалық дөңгелек/тікбұрышты спиральды серіппелер немесе шағын техникаға арналған сыммен тартылған болат серіппелер сияқты шағын өлшемді серіппелер үшін қолданылады. Қатайту әсері: Беттік қаттылық 55-65 HRC-ге жетеді, қатаю қабатының тереңдігі 0,2 ~ 1,5 мм, біркелкі мартенситтік құрылыммен және тозуға төзімділіктің айтарлықтай жақсаруымен ерекшеленеді (мысалы, 45 болаттың тозу мерзімі сөндірілгеннен кейін 4-6 есе артады). Берілістерге, түйреуіштерге және білік компоненттеріне жарамды. Механизм: Көміртегінің жеткілікті мөлшері мол мартенсит түзеді, ол лазерлік қыздыру кезінде толық аустениттеледі және өзін-өзі салқындату арқылы сөндіру арқылы толық фазалық түрлендіруге қол жеткізеді.

2. Қорытпалы құрылымдық болат (Cr, Ni, Mo және басқа элементтерді қосыңыз), типтік материалдар:

40Cr: (40Cr GB3077 анықтамасында анықталғандай «легирленген құрылымдық болат» санатына жатады. Бұл болаттың құрамында 0,37%-0,44% көміртек бар, бұл 45 болаттан сәл төмен, Si және Mn құрамы салыстырмалы. Оның құрамында 0,80%-1,10% Cr бар. Ыстықтай жайылған қолданбаларда бұл 1% Cr құрамы іс жүзінде тиімсіз, себебі екі сорт та ұқсас механикалық қасиеттерді көрсетеді. 40Cr 45 болаттың екі есе арзан екенін ескерсек, экономикалық тұрғыдан мүмкін болған жағдайда оның орнына 45 болатты пайдалануға әкеледі.)

35CrMo: 35CrMo - GB/T 3077-2015 стандартына сәйкес келетін, неміс 1.7220, британдық 708A37, француз 35CD4 стандартына және т.б. сәйкес келетін легірленген құрылымдық болатқа (легірленген және шыныққан болат) арналған техникалық сипаттама коды. Оның көміртегі эквиваленті 0,72%, дәнекерлеу қабілеті нашар, алдын ала қыздыру шараларын қажет етеді. Бұл болат жоғары статикалық беріктік пен соққыға төзімділікті көрсетеді, созылу беріктігі ≥985MPa және беріктігі ≥835MPa, 500℃ дейін ұзақ мерзімді жұмыс температурасына төтеп бере алады. Ол прокат станоктарында беріліс қораптары, иінді біліктер, шатундар және бу турбинасы шпиндельдері сияқты жоғары жүктемелі механикалық компоненттерді өндіруге жарамды.

20CrMnTi: Көміртегі мөлшері 0,17%-0,24% болатын карбюрленген болат, автомобиль өндірісінде беріліс қораптары үшін жиі қолданылады. Орташа беріктендіруші карбюрленген болат (Cr-Mn-Ti) ретінде ол жоғары төмен температуралық соққы беріктігі сақтала отырып, ерекше беріктікті көрсетеді. Беттік карбюрациялау үшін арнайы жасалған бұл болат минималды деформациямен және ерекше шаршауға төзімділікпен тамаша өңдеуге қабілетті. Оның негізгі қолданылуына білік компоненттерін, поршень бөлшектерін және автомобильдер мен ұшақтарға арналған мамандандырылған компоненттерді өндіру кіреді.

Тыныштандыру әсері: Қаттылық 60-70 HRC жетуі мүмкін, шыңдалған қабат тереңдігі 0,3-2 мм, қорытпа элементтері шыңдалуды және коррозияға төзімділікті жақсартады (мысалы, 35CrMo беріліс қорабының шаршау беріктігі 30% -ға артады).

Ескерту: Қорытпаның жоғары мөлшері лазердің сіңіру жылдамдығын төмендетуі мүмкін, сондықтан қара өңдеу (мысалы, фосфаттау және жабу) арқылы энергияны сіңіру тиімділігін арттыру қажет.

3. Шойын (сұр шойын, иілгіш шойын), типтік материалдар:

HT300: перлит түріне жататын жоғары беріктігі бар сұр шойын, GB 9439-88 ұлттық стандартын енгізеді, оның атауы «HT» сұр шойды білдіреді, «300» диаметрі 30 мм сынақ шыбығының ең аз созылу беріктігі 300 МПа екенін білдіреді.

QT600-3: QT600-3 - орташа және жоғары беріктікке, орташа беріктікке және пластикалыққа, жоғары жан-жақты өнімділікке, жақсы тозуға төзімділікке және дірілге төзімділікке, жақсы құю процесінің сипаттамаларына ие перлиттік корпусты иілгіш шойын. Ол әртүрлі термиялық өңдеулер арқылы өзінің қасиеттерін өзгерте алады.

Тыныштандыру әсері: бетінің қаттылығы 45~55 HRC жетуі мүмкін, қатайтылған қабат тереңдігі 0,1~0,8 мм, ал мартенсит + қалдық аустенит құрылымы графит фазасының айналасында пайда болады, бұл ұнтақтауға қарсы қабілетті арттырады (мысалы, станок бағыттаушы рельсінің үйкеліс коэффициенті сөндірілгеннен кейін 20%-ға төмендейді).

II. Түсті металдар және олардың қорытпалары (жаңадан пайда болып келе жатқан қолдану салалары)

1. Титан қорытпасы (Ti-6Al-4V және т.б.)

Титан қорытпасы титан және басқа металдардан жасалған әртүрлі қорытпаларды білдіреді. Титан - 1950 жылдары жасалған маңызды құрылымдық металл, титан қорытпасының беріктігі, коррозияға төзімділігі және жоғары ыстыққа төзімділігі.

Қатайту сипаттамалары: Лазерлік қыздыру бетінде аса қаныққан мартенситтің пайда болуына ықпал етеді, ал қаттылық 300 HV-тан 500 ~ 600 HV-қа дейін артады, сонымен қатар жақсы беріктік сақталады (әуе қозғалтқышының пышақтарын нығайтуға жарамды).

  Техникалық қиындық: Титан қорытпасының лазерлік шағылыстыруы жоғары (шамамен 70%), сондықтан бетті алдын ала өңдеу (мысалы, құммен өңдеу) немесе ультракүлгін лазерді (толқын ұзындығы 355 нм, шағылыстыруы 30%-дан төмен) қолдану керек.

2. Алюминий қорытпасы (2xxx сериясы, 7xxx сериясы)

Бұл мыс, кремний, магний, мырыш және марганец сияқты қосымша элементтерді қамтитын алюминий негізіндегі қорытпа материалы. Элементтердің арақатынасын реттеу арқылы ол өнеркәсіптік таза алюминий және алюминий-мыс қорытпаларын қамтитын 1XXX-тен 8XXX-ке дейінгі серияларды құрайды. Оның күй код жүйесі F (еркін өңдеу) және O (күйдіру) сияқты бес негізгі күйге негізделген, T6 сияқты егжей-тегжейлі кодтар беріктік пен коррозияға төзімділік қасиеттерін дәл басқаруға мүмкіндік береді.

Тотықсыздану механизмі: Қатты ерітіндінің беріктендіруі лазерді тез қыздыру арқылы жүзеге асырылады, ал метастабильді тұнба фазасы өздігінен салқындағаннан кейін түзіледі (мысалы, 7075 алюминий қорытпасының қаттылығы сөндірілгеннен кейін 150 HV-тан 220 HV-қа дейін артады).

Қолдану шектеулері: Алюминий қорытпасы жоғары жылу өткізгіштікке ие (жылу өткізгіштік шамамен 200 Вт/м К), қыздыру тиімділігін қамтамасыз ету үшін жоғары қуатты лазер (≥2 кВт) қажет және жылу кернеуінің деформациясын тудыру оңай.

3. Қалайы қорытпалары (жез, қола)

Бұл бір немесе бірнеше қосымша элементтері бар таза мыстан жасалған қорытпа. Қолданылуы: Тозуға төзімді компоненттердің (мысалы, мойынтіректер, клапандар) беткі қатаюы. Лазермен сөндіруден кейін бет нанокристалды құрылым түзеді, қаттылықты 15%-дан 30%-ға дейін арттырады. Дегенмен, мыс матрицасының жұмсаруын болдырмау үшін қыздыру температурасын бақылау қажет.

III. Арнайы функционалды материалдар

1. Ұнтақ металлургия материалдары (мысалы, темір және мыс негізіндегі ұнтақ металлургиялық компоненттер) Артықшылықтары: Кеуекті құрылым майлау майды сақтай алады, ал лазерлік сөндіруден кейін беті тығыздала түседі. Қаттылық 20-30 HRC-ден 50-55 HRC-ге дейін артады, бұл оларды өздігінен майланатын мойынтіректер үшін жарамды етеді.

2. Беттік жабын материалдары (мысалы, термиялық бүріккіш жабындар және қаптама қабаттары) Әдеттегі қолданылуы: Көміртекті болат беттеріне шашыратылған WC-Co жабындарын лазермен сөндіруден кейін, 1000 HV-тан асатын қаттылыққа қол жеткізетін «мартенсит матрицасы + цементтелген карбид фазасы» композиттік құрылымы түзіледі. Бұл материалдар тау-кен машиналарының тозуға төзімді компоненттерінде қолданылады.

IV. Лазерлік сөндіру үшін жарамсыз материалдар

Төмен көміртекті болат (көміртегі мөлшері Көміртегі мөлшерінің жеткіліксіздігіне байланысты мартенситтік трансформация минималды, бұл нашар қатаю әсеріне әкеледі (қаттылықтың жоғарылауы

Таза аустениттік тот баспайтын болат (мысалы, 316L): Мартенситті түрлендіру мүмкіндігі жоқ. Лазерлік қыздыру тек қаттылықтың шектеулі жақсаруымен (шамамен 15% -20%) жұмыстың қатаюына әкеледі.