Lazer söndürmə texnologiyası üçün uyğun material növlərinin və xüsusiyyətlərinin təhlili

I. Dəmir metal materialları (hazırda ən çox istifadə edilən)

1. Orta və yüksək karbonlu polad (karbon tərkibi 0,3% ~ 0,8%), tipik materiallar:

45 polad (yüksək keyfiyyətli orta karbonlu struktur polad), JIS standartlarında, ASTM 1045/080M46 və DIN C45-də S45C kimi təyin edilmiş, aşağıdakı kimyəvi tərkibə malik premium karbonlu struktur poladdır: 0,42-0,50% karbon (C), 0,17-0,37% silisium (Si), 0,50-0,80% manqan (Mn) və ≤0,25% xrom (Cr). Bu çox yönlü material əla soyuq/isti işləmə qabiliyyəti, üstün mexaniki xüsusiyyətlər, səmərəlilik və geniş mövcudluq nümayiş etdirir ki, bu da onu sənaye tətbiqlərində geniş istifadə etməyə imkan verir. Lakin, onun əsas məhdudiyyəti aşağı sərtləşmədir və bu da onu böyük en kəsiyi ölçüləri və ya yüksək dəqiqlik standartları tələb edən komponentlərin istehsalı üçün yararsız edir.

T8 polad: Söndürmə və temperləmədən sonra yüksək sərtlik və aşınma müqaviməti nümayiş etdirən evtektoid karbon alət poladıdır, lakin aşağı isti sərtləşmə, zəif sərtləşmə və emal zamanı həddindən artıq istiləşmə deformasiyasına meyllilik kimi məhdudiyyətlərə malikdir. Bu material GB/T 1298 seriyası standartlarına uyğundur və karbon tərkibi 0,75% ilə 0,84% arasındadır və bu da onu sadə formalı soyuq formalı qəliblər və kəsici alətlər istehsalı üçün uyğun edir. Söndürmə prosesi 780-800℃°C-də suyun soyudulmasını tələb edir, 250℃°C-dən yuxarı temperaturda temperləmə isə ölçülü sabitliyi təmin edir. Bununla belə, zərbə yükünə davamlılıq tələb edən tətbiqlər üçün tövsiyə edilmir.

65Mn Polad: İstilik emalı və soyuq çəkmə sərtləşməsindən sonra yüksək möhkəmliyə malik, yaxşı elastiklik və plastiklik təklif edən yay polad məhsuludur. Eyni səth şəraitində və tam sərtləşmədə onun yorğunluq həddi beş rəngli ərintili yayların yorğunluq həddi ilə eynidir. Lakin, zəif sərtləşmə səbəbindən, əsasən təzyiq tənzimləyən/sürət tənzimləyən yaylar, qüvvə ölçən yaylar, ümumi mexaniki dairəvi/düzbucaqlı spiral yaylar və ya kiçik maşınlar üçün məftil çəkilmiş polad yaylar kimi kiçik ölçülü yaylar üçün istifadə olunur. Sərtləşmə effekti: Səth sərtliyi 0,2~1,5 mm sərtləşdirilmiş təbəqə dərinliyi ilə 55-65 HRC-yə çatır, vahid martensit quruluşuna və əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılmış aşınma müqavimətinə malikdir (məsələn, 45 poladın aşınma müddəti söndürüldükdən sonra 4-6 dəfə artır). Ötürücülər, sancaqlar və val komponentləri üçün uyğundur. Mexanizm: Kifayət qədər karbon tərkibi bol miqdarda martensit əmələ gətirir ki, bu da sürətli lazer qızdırılması zamanı tam austenitləşməyə məruz qalır və özünü soyutma söndürmə yolu ilə tam fazalı transformasiyaya nail olur.

2. Yüngül lehimli struktur polad (Cr, Ni, Mo və digər elementlər əlavə edin), tipik materiallar:

40Cr: (40Cr, GB3077-də təyin olunduğu kimi, "ərintili konstruksiya poladı" kateqoriyasına aiddir. Bu poladın tərkibində 0,37%-0,44% karbon var ki, bu da 45 poladdan bir qədər aşağıdır və müqayisə edilə bilən Si və Mn tərkibinə malikdir. Tərkibində 0,80%-1,10% Cr var. İsti yayılmış tətbiqlərdə bu 1% Cr tərkibi əsasən təsirsizdir, çünki hər iki dərəcə oxşar mexaniki xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. 40Cr-in 45 poladdan təxminən iki dəfə ucuz olduğunu nəzərə alsaq, iqtisadi mülahizələr mümkün olduqda əvəzinə 45 poladdan istifadə etməyə səbəb olur.)

35CrMo: 35CrMo, GB/T 3077-2015 standartlarına uyğun olaraq, Alman standartı 1.7220, Britaniya standartı 708A37, Fransa standartı 35CD4 və s.-yə uyğun olan, ərintili struktur polad (ərintili söndürülmüş və temperlənmiş polad) üçün spesifikasiya kodudur. Karbon ekvivalenti 0.72% -dir, əvvəlcədən qızdırma tədbirləri tələb edən zəif qaynaq qabiliyyətinə malikdir. Bu polad yüksək statik möhkəmlik və zərbəyə davamlılıq nümayiş etdirir, dartılma möhkəmliyi ≥985MPa və axıcılıq möhkəmliyi ≥835MPa olmaqla, 500℃-ə qədər uzunmüddətli işləmə temperaturlarına davam gətirə bilir. Yayma dəyirmanlarında sürət qutuları, krank mili, birləşdirici çubuqlar və buxar turbin mili kimi yüksək yüklü mexaniki komponentlərin istehsalı üçün uyğundur.

20CrMnTi: Avtomobil istehsalında transmissiya ötürücüləri üçün geniş istifadə olunan karbon tərkibli 0,17%-0,24% karbürləşdirilmiş polad. Orta dərəcədə sərtləşən karbürləşdirilmiş polad (Cr-Mn-Ti) olaraq, yüksək aşağı temperatur zərbəsinə davamlılığı qoruyarkən müstəsna sərtləşmə nümayiş etdirir. Xüsusilə səth karbürləşdirmə sərtləşməsi üçün hazırlanmış bu polad minimal deformasiya və üstün yorğunluq müqaviməti ilə əla emal qabiliyyətinə malikdir. Əsas tətbiqlərinə val komponentlərinin, piston hissələrinin və avtomobillər və təyyarələr üçün ixtisaslaşmış komponentlərin istehsalı daxildir.

Söndürmə effekti: Sərtlik 60 ~ 70 HRC-yə çata bilər, bərkimiş təbəqə dərinliyi 0.3 ~ 2 mm-dir, ərinti elementləri sərtləşməni və korroziyaya davamlılığı artırır (məsələn, 35CrMo dişli söndürüldükdən sonra yorğunluq gücü 30% artmışdır).

Qeyd: Yüksək ərinti tərkibi lazer udma sürətini azalda bilər, buna görə də qaralma müalicəsi (məsələn, fosfatlama və örtükləmə) vasitəsilə enerji udma səmərəliliyini artırmaq lazımdır.

3. Çuqun (boz çuqun, elastik çuqun), tipik materiallar:

HT300: Yüksək möhkəmlikli boz çuqun növü olan perlitdir, GB 9439-88 milli standartını tətbiq edir, adı "HT" boz çuqunu təmsil edir, "300" isə 30 mm diametrli sınaq çubuğunun minimum dartılma möhkəmliyinin 300MPa olduğunu göstərir.

QT600-3: QT600-3, orta və yüksək möhkəmliyə, orta sərtliyə və plastikliyə, yüksək hərtərəfli performansa, yaxşı aşınma müqavimətinə və vibrasiya söndürmə qabiliyyətinə, yaxşı tökmə prosesi xüsusiyyətlərinə malik perlitik gövdəli elastik dəmirdir. Müxtəlif istilik emalları vasitəsilə xüsusiyyətlərini dəyişdirə bilir.

Söndürmə effekti: Səth sərtliyi 45 ~ 55 HRC-yə, bərkimiş təbəqə dərinliyi 0,1 ~ 0,8 mm-ə çata bilər və martensit + qalıq austenit strukturu qrafit fazası ətrafında əmələ gəlir ki, bu da üyütmə əleyhinə qabiliyyəti artırır (məsələn, söndürüldükdən sonra dəzgah bələdçi relsinin sürtünmə əmsalı 20% azalır).

II. Dəmirsiz metallar və onların ərintiləri (inkişaf etməkdə olan tətbiq sahələri)

1. Titan ərintisi (Ti-6Al-4V və s.)

Titan ərintisi titan və digər metallarla hazırlanmış müxtəlif ərintilərə aiddir. Titan 1950-ci illərdə inkişaf etdirilən vacib bir struktur metaldır, titan ərintisinin möhkəmliyi, korroziyaya davamlılığı və yüksək istilik müqaviməti.

Sərtləşmə xüsusiyyətləri: Lazerlə qızdırma səthdə superdoymuş martensitin əmələ gəlməsini təşviq edir və sərtlik yaxşı möhkəmliyi qoruyarkən (aviasiya mühərriki bıçağının möhkəmləndirilməsi üçün uyğundur) 300 HV-dən 500 ~ 600 HV-yə qədər artırılır.

  Texniki çətinlik: Titan ərintisi yüksək lazer əks etdirmə qabiliyyətinə malikdir (təxminən 70%), buna görə də səthin əvvəlcədən işlənməsi (məsələn, qumlama) və ya ultrabənövşəyi lazer (dalğa uzunluğu 355 nm, əks etdirmə qabiliyyəti 30%-dən aşağı) istifadə edilməlidir.

2. Alüminium ərintisi (2xxx seriyası, 7xxx seriyası)

Bu, mis, silisium, maqnezium, sink və manqan kimi əlavə elementlər ehtiva edən alüminium əsaslı ərinti materialıdır. Element nisbəti tənzimləmələri vasitəsilə sənaye təmiz alüminium və alüminium-mis ərintilərini əhatə edən 1XXX-dən 8XXX-ə qədər seriyalar əmələ gətirir. Onun vəziyyət kod sistemi, möhkəmlik və korroziyaya davamlılıq xüsusiyyətlərinin dəqiq idarə olunmasına imkan verən T6 kimi ətraflı kodlarla F (sərbəst emal) və O (tavlama) da daxil olmaqla beş əsas vəziyyətə əsaslanır.

Söndürmə mexanizmi: Bərk məhlulun möhkəmləndirilməsi lazerin sürətli qızdırılması ilə əldə edilir və metastabil çöküntü fazası öz-özünə soyuduqdan sonra əmələ gəlir (məsələn, 7075 alüminium ərintisinin sərtliyi söndürüldükdən sonra 150 HV-dən 220 HV-yə qədər artır).

Tətbiq məhdudiyyətləri: alüminium ərintisi güclü istilik keçiriciliyinə malikdir (istilik keçiriciliyi təxminən 200 Vt/m K-dir), istilik səmərəliliyini təmin etmək üçün yüksək güclü lazer (≥2 kVt) tələb olunur və istilik gərginliyi deformasiyasını yaratmaq asandır.

3. Qalay ərintiləri (mis, bürünc)

Bu, bir və ya daha çox əlavə elementi olan təmiz misdən ibarət bir ərintidir. Tətbiqlər: Aşınmaya davamlı komponentlərin (məsələn, yastıqlar, klapanlar) səthi sərtləşməsi. Lazerlə söndürüldükdən sonra səth nanokristal quruluş əmələ gətirir və sərtliyi 15%-30% artır. Lakin, mis matrisinin yumşalmasının qarşısını almaq üçün qızdırma temperaturu idarə olunmalıdır.

III. Xüsusi Funksional Materiallar

1. Toz Metallurgiya Materialları (məsələn, dəmir əsaslı və mis əsaslı toz metallurgiya komponentləri) Üstünlükləri: Məsaməli struktur sürtkü yağını saxlaya bilir və lazerlə söndürüldükdən sonra səth daha sıx olur. Sərtlik 20-30 HRC-dən 50-55 HRC-yə qədər artır və bu da onları öz-özünə yağlanan yataklar üçün uyğun edir.

2. Səth Örtük Materialları (məsələn, termal püskürtmə örtükləri və üzlük təbəqələri) Tipik Tətbiqlər: Karbon polad səthlərinə püskürdülən WC-Co örtüklərinin lazerlə söndürülməsindən sonra, 1000 HV-dən çox sərtlik əldə edən "martensit matrisi + sementlənmiş karbid fazası" kompozit strukturu əmələ gəlir. Bu materiallar mədən maşınlarının aşınmaya davamlı komponentlərində istifadə olunur.

IV. Lazer söndürmə üçün yararsız materiallar

Aşağı karbonlu polad (karbon tərkibi Karbon tərkibinin kifayət qədər olmaması səbəbindən martensit transformasiyası minimaldır və bu da zəif sərtləşmə effektlərinə səbəb olur (sərtlik artımı

Saf austenitik paslanmayan polad (məsələn, 316L): Martensit çevrilmə qabiliyyətinə malik deyil. Lazerlə qızdırma yalnız məhdud sərtlik artımı ilə işin sərtləşməsinə səbəb olur (təxminən 15% -20%).