Laserpinna kõvenemisprotsessi ja selle mõjutavate tegurite analüüs
Tööstusliku metalli osade tugevnemise valdkonnas on laserpinna kõvenemise protsess muutunud üheks põhitehnoloogiaks, mis lahendab osade kulumise ja korrosiooniprobleemide lahendamiseks tänu sellele, et see on "täpsusküte, madala deformatsiooni ja suure tugevdamise tõhusus" eelistele. See protsess saavutab kiire kuumutamise ja jahutamise laseri kõvenemisseadmete kaudu ning karastatud kihi (mõõtmete täpsus ja mehaanilised omadused) lõplik kvaliteet ei sõltu mitte ainult protsessiparameetrite teaduslikust regulatsioonist, vaid ka otseselt võtmevarustuse komponentide stabiilsusest. Selles artiklis analüüsitakse süstemaatiliselt laserpinna kõvenemisprotsessi põhiprintsiipe, peamisi parameetreid, seadmete mõjusid ja lisatingimusi ning võetakse kokku protsessi ja seadmete koostöösuund, pakkudes viiteid tööstuslike rakenduste jaoks.
Pinna pinna kõvenemisprotsessi põhiline põhimõtted ja tugevdamise eesmärgid
Laseri pinna kõvenemisprotsessi põhiloogika on "lokaalne täpne termiline tsükkel": kõrge - energiakiire, mis eraldub laserkarandusseadmetega, toimib metalliosade pinnale, kuumutades pinnakihti kriitilisest austenitisatsioonitemperatuurist kõrgemale (AC3), kuid materjali sulamispunktist allapoole metallit (sekunditest); Seejärel saavutatakse kiire jahutamine enese - osa maatriksi ja lisajahutamise jahutamise kaudu seadmete kaupa (nt õhk - puhumisseadmed), soodustades pinnakihi martensiitide struktuuri moodustumist ja saavutades lõpuks pinna tugevdamise eesmärgi.
Selle protsessi tuuma tugevdamise eesmärgid jagunevad kahte kategooriasse: üks on mõõtmete parameetrid (karastatud kihi laius, sügavus ja pinna karedus), mis mõjutavad otseselt osade monteerimis täpsust ja välimust; Teine on jõudlusparameetrid (pinna kõvadus, kulumiskindlus ja mikrostrukturaalne ühtlus), mis määravad osade kasutusaega. Need kaks kategooriat moodustavad koos protsessi efektiivsuse hindamise südamiku.
Laserpinna kõvenemisprotsessi põhiparameetrid ja nende reguleerimise loogika
Laseri pinna kõvenemise tõhusus määravad peamiselt kolm põhiparameetrit: "laservõimsus (P), skaneerimiskiirus (V) ja punkti suurus (d)". Neid parameetreid tuleb täpselt reguleerida laseri kõvenemisseadmete juhtimissüsteemi kaudu ja kolm mõjutavad laservõimsust tihedust (toitetihedus=p / kohapeal), mis omakorda määrab hoidetemperatuuri ja hoidmisaja kõvenemisprotsessi ajal.
Spetsiifiline regulatsiooniloogika on järgmine: karastatud kihi sügavus on võrdeline laseri võimsusega (mida suurem on võimsus, seda tugevam on kütteenergia ja seda sügavam kiht; siiski põhjustab liigne võimsus pinna sulamist ja kahjustab geomeetrilist kuju); See on pöördvõrdeline laigu suuruse ja skaneerimise kiirusega (mida suurem on koht, seda rohkem hajutas energiat ja mida madalam kiht; seda aeglasemalt skaneerimiskiirust, mida pikem on hoidmisaeg ja seda sügavam kiht; siiski, aga liiga aeglane kiirus põhjustab ebapiisavat jahutamiskiirust ja ei moodustata martensitici muundumist). Praktilistes rakendustes on vaja korduvat silumist kolme parameetri tasakaaluvahemiku leidmiseks ja "üle - kõvenemise" või "- kõvenemise all".
Laser -kõvenemisseadmete võtmekomponentide mõju protsessi tõhususele
Laseri kõvenemisseadmed on protsesside rakendamise alus ning selle põhikomponentide toimimine määrab otseselt protsessi stabiilsuse ja karastatud kihi kvaliteedi. Nende hulgas mõjutab selle energiatarbe tuum lasergeneraatorit, et selle võimsuse stabiilsus mõjutab otseselt kuumutamise ühtlust - Kui võimsus kõigub, põhjustab see tõenäoliselt osa pinnal ebaühtlast kohalikku kuumutamist, mis omakorda põhjustab karedusega erinevusi ja õõnestab karastatud kihi jõudluse konsistentsi; Skaneerimissüsteem vastutab skaneerimiskiiruse ja skaneerimise mustri reguleerimise eest (nt spiraal, vastastikku); Kui skaneerimiskiirus kõrvale kaldub, muudab see otse laser pinna pinnal ja mõjutab austenitiseerimise astet; Skaneerimismustri põhjendamatu disain võib põhjustada karastatud ala mittetäielikku katvust või liigset kattumist, vähendades osa üldist tugevdavat mõju; Optilise tee süsteem võtab ülesande reguleerida punkti suurust ja tala fookuskaugust; Kui punkti suuruse täpsus ei ole piisav, jaotatakse laserienergia ebaühtlaselt osa pinnal, mille tulemuseks on ebajärjekindel karastatud kihi sügavus; Tala fookuskauguse kõrvalekalle muudab otseselt materjali pinnale toimivat tegelikku võimsustihedust, kaldudes eelseadistatud kõvenemisprotsessi parameetritest; Lisaseadmete roll (nt Air - puhumissüsteemid) on samuti ülioluline -, kuni inertse gaasi puhumise kaudu ei takista nad mitte ainult osa pinna oksüdeerimist kõrgetel temperatuuridel ja tagavad, et pinna karedus vastab standarditele, vaid aitab saavutada kiiret jahutamist; Ebapiisav jahutamine mõjutab martensiitsete struktuuri normaalset moodustumist ja põhjustab konstrueeritud pinna kõvadusvajaduse täitmata jätmist. On ilmne, et seadme komponentide täpsus ja stabiilsus on protsessiparameetrite rakendamise peamised garantiid.
Materiaalsete omaduste ja lisatingimuste täiendav mõju laseri kõvenemise protsessile
Lisaks protsessiparameetritele ja seadmetele mõjutavad materjali omadused ja lisatingimused ka lõplikku mõju ja neid tuleb protsessi ja seadmega kooskõlas arvestada:
Materiaalsete omaduste osas määrab materjali koostis (nt süsinikusisaldus, legeerimise elemendi proportsioon) martensiitsete muundamise võime; Esialgne olek (lõõmutatud olek / normaliseeritud olek) mõjutab austenitiseerimise tõhusust; Mida väiksem on kriitilise austenitiseerimise temperatuuri (AC3) suhe materjali sulamistemperatuuri (TM), seda laiem on lubatud faasi teisenduse temperatuuri vahemik ja seda sügavam on karastatud kiht;
Lisatingimuste osas võib materjalide pinna eeltöötlus (reservatsioon, rasvatamine) takistada lisandite mõjutamist laseri neeldumise efektiivsust; Kõvenenud tsooni pindala suhe (kohalik kõvenemine vs üldine kõvenemine) mõjutab osade pingejaotust. Ehkki seadmed ei reguleeri neid üksikasju otseselt, võivad need kaudselt protsessi efekti vähendada ja nõuda eelnemist.
Laserkattesüsteemi põhikomponendid
Laseri pinna kõvenemisprotsessi ja seadmete koostööoptimeerimise kokkuvõte
Kokkuvõtlikult võib öelda, et laserpinna kõvenemine on tehniline süsteem, mida ajendab "seadmed - protsess - materjal - lisatingimused": Laser -kõvenemisseadmed tagavad protsessi stabiilse energia väljundi ja parameetri reguleerimise võimalused; Põhiprotsessi parameetrid (võimsus, kiirus, punkti suurus) Määrake karastatud kihi sügavus ja täpsus; materiaalsed omadused määravad protsessi kohanemisvõime; Lisatingimused tagavad protsessi järjepidevuse.
Praktilistes rakendustes on vaja suunata "osa nõuded" - sobivate laserde kõvenemisseadmete valimine (nt kõrge - toitegeneraatorid, kõrge - täpsuse skannivad süsteemid), mis põhinevad osa geomeetrilistel dimensioonidel (nt õhukese {7} seinaga {{7} Wall {{{paks). (nt kulumistakistuse aste), seejärel protsessi parameetrite sihitud viisil reguleerimine ning materjali eeltöötluse ja lisajahutusskeemide optimeerimine. Ainult sel viisil saab maksimeerida laserpinna kõvenemise tugevdamist, pikendades lõpuks osade kasutusaega ja vähendades tööstuslikke hoolduskulusid.