Laser bidezko hozte-teknologiarako egokiak diren material mota eta ezaugarrien azterketa

I. Burdin metalezko materialak (gaur egun aplikazio ohikoena)

1. Karbono ertaineko eta handiko altzairua (karbono edukia % 0,3 ~ % 0,8), material tipikoak:

45 altzairua (karbono ertaineko altzairu estrukturala), JIS, ASTM 1045/080M46 eta DIN C45 arauetan S45C gisa izendatua, karbonozko altzairu estrukturala da, honako konposizio kimikoa duena: % 0,42-0,50 karbono (C), % 0,17-0,37 silizio (Si), % 0,50-0,80 manganeso (Mn) eta ≤ % 0,25 kromo (Cr). Material polifazetiko honek langarritasun bikaina du hotz/beroan, propietate mekaniko bikainak, kostu-eraginkortasuna eta eskuragarritasun zabala, eta horrek asko erabiltzen du industria-aplikazioetan. Hala ere, bere muga nagusia gogortasun txikia da, eta horrek desegokia bihurtzen du zeharkako dimentsio handiak edo zehaztasun handiko estandarrak behar dituzten osagaiak fabrikatzeko.

T8 altzairua: Altzairu eutektoide karbonodun erreminta-altzairua, tenplatu eta tenplatu ondoren gogortasun eta higadura-erresistentzia handia erakusten duena, nahiz eta mugak dituen, besteak beste, beroan gogortzeko gaitasun txikia, gogortzeko gaitasun eskasa eta mekanizazioan gehiegi berotzeagatik deformatzeko joera. Material honek GB/T 1298 serieko estandarrak betetzen ditu, % 0,75 eta % 0,84 arteko karbono-edukia duelarik, eta horrek egokia egiten du forma sinpleko hotzeko moldeak eta ebaketa-erremintak fabrikatzeko. Tenplatze-prozesuak 780-800 ℃ °C-tan urarekin hoztea eskatzen du, eta 250 ℃ °C-tik gora tenplatzeak dimentsio-egonkortasuna bermatzen du. Hala ere, ez da gomendagarria inpaktu-kargaren aurkako erresistentzia behar duten aplikazioetarako.

65Mn altzairua: Malguki-altzairuzko produktua, bero-tratamenduaren eta hotzean gogortzearen ondoren erresistentzia handikoa, malgutasun eta plastikotasun ona eskaintzen duena. Gainazaleko baldintza berdinetan eta gogortze osoarekin, bere nekearen muga bost koloreko aleazio-malgukien berdina da. Hala ere, gogortasun eskasa dela eta, batez ere tamaina txikiko malgukietarako erabiltzen da, hala nola presioa doitzeko/abiadura erregulatzeko malgukiak, indarra neurtzeko malgukiak, malguki helikoidal zirkular/angeluzuzen mekaniko orokorrak edo makineria txikientzako alanbre-tiratutako altzairuzko malgukiak. Gogortze-efektua: Gainazaleko gogortasuna 55-65 HRC-ra iristen da, 0,2~1,5 mm-ko gogortutako geruza-sakonerarekin, egitura martensitiko uniformea ​​eta higadura-erresistentzia nabarmen hobetua dituena (adibidez, 45 altzairuaren higadura-bizitza 4-6 aldiz handitzen da hoztu ondoren). Engranajeetarako, pinetarako eta ardatz-osagaietarako egokia. Mekanismoa: Karbono-eduki nahikoa duenez, martensita ugaria da, eta austenitizazio osoa jasaten du laser bidezko berotze azkarraren bidez eta fase-eraldaketa osoa lortzen du auto-hozte bidezko hoztearen bidez.

2. Aleaziozko altzairu estrukturala (Cr, Ni, Mo eta beste elementu batzuk gehituta), material tipikoak:

40Cr: (40Cr GB3077-n definitzen den "aleaziozko altzairu estruktural" kategorian sartzen da. Altzairu honek % 0,37-% 0,44 karbono dauka, 45 altzairua baino zertxobait gutxiago, Si eta Mn edukiarekin alderatuta. % 0,80-% 1,10 Cr dauka. Bero-ijeztutako aplikazioetan, % 1eko Cr eduki hori funtsean ez da eraginkorra, bi mailak antzeko propietate mekanikoak dituztelako. 40Cr-ak 45 altzairuaren erdia kostatzen duenez, kontuan hartuta arrazoi ekonomikoek askotan 45 altzairua erabiltzera eramaten dute, ahal den guztietan).

35CrMo: 35CrMo altzairu estrukturalaren (aleaziozko tenplatutako eta tenplatutako altzairua) espezifikazio kodea da, 1.7220 estandar alemaniarra, 708A37 estandar britainiarra, 35CD4 estandar frantziarra eta abarrei dagokiena, GB/T 3077-2015 araudiarekin bat etorriz. % 0,72ko karbono baliokidea du, eta soldadura eskasa du, eta aurreberotze neurriak behar ditu. Altzairu honek erresistentzia estatiko eta inpaktuarekiko gogortasun handia du, ≥985MPa trakzio-erresistentzia eta ≥835MPa etekin-erresistentziarekin, eta 500 ℃-ra arteko funtzionamendu-tenperatura luzeak jasateko gai da. Karga handiko osagai mekanikoak fabrikatzeko egokia da, hala nola engranaje-kaxak, birabarkiak, bielak eta lurrun-turbinen ardatzak laminagailuetan.

20CrMnTi: % 0,17-% 0,24ko karbono edukia duen altzairu karburizatua, transmisio-engranajeetarako automobilgintzan erabili ohi dena. Gogortze ertaineko altzairu karburizatua denez (Cr-Mn-Ti), gogortasun bikaina erakusten du, tenperatura baxuko inpaktu-erresistentzia handia mantenduz. Gainazaleko karburazio-gogortzerako bereziki diseinatua, altzairu honek mekanizazio bikaina erakusten du deformazio minimoarekin eta nekearekiko erresistentzia bikainarekin. Bere aplikazio nagusien artean, ardatz-osagaiak, pistoi-zatiak eta automobil eta hegazkinentzako osagai espezializatuak fabrikatzea daude.

Itzaltze efektua: Gogortasuna 60~70 HRC-ra irits daiteke, gogortutako geruzaren sakonera 0.3~2mm-koa da, aleazio elementuek gogortasuna eta korrosioarekiko erresistentzia hobetzen dituzte (adibidez, 35CrMo engranajeak nekearen erresistentzia % 30 handitzen du hozte ondoren).

Oharra: Aleazio-eduki handiak laserraren xurgapen-tasa murriztu dezake, beraz, beharrezkoa da energiaren xurgapen-eraginkortasuna hobetzea belzteko tratamenduaren bidez (fosfatatzea eta estaldura, adibidez).

3. Burdinurtua (burdinurtu grisa, burdinurtu harikorra), material tipikoak:

HT300: Burdinurtu gris erresistente handiko perlita mota bat da, GB 9439-88 estandar nazionala betetzen duena, bere "HT" izenak burdinurtu grisa adierazten du, "300"-k 30 mm-ko diametroko proba-haga baten gutxieneko trakzio-erresistentzia 300 MPa dela adierazten du.

QT600-3: QT600-3 burdin perlitiko harikorra da, erresistentzia ertain eta handikoa, gogortasun eta plastizitate ertaina, errendimendu integral handikoa, higadurarekiko erresistentzia eta bibrazioen moteltze ona, eta galdaketa-prozesuko ezaugarri onak ditu. Hainbat tratamendu termikoren bidez bere propietateak alda ditzake.

Itzaltze efektua: gainazaleko gogortasunak 45~55 HRC-ra irits daiteke, gogortutako geruzaren sakonera 0.1~0.8 mm-koa da, eta martensita + hondar austenita egitura grafito fasearen inguruan eratzen da, eta horrek ehotzearen aurkako gaitasuna hobetzen du (adibidez, makina-erremintaren gida-errailaren marruskadura-koefizientea % 20 murrizten da hoztu ondoren).

II. Burdinazkoak ez diren metalak eta haien aleazioak (aplikazio-eremu berriak)

1. Titaniozko aleazioa (Ti-6Al-4V, etab.)

Titaniozko aleazioak titanioz eta beste metal batzuekin egindako aleazio ugariri egiten dio erreferentzia. Titanioa 1950eko hamarkadan garatutako egitura-metal garrantzitsua da, titaniozko aleazio sendoa, korrosioarekiko erresistentzia eta beroarekiko erresistentzia handia dituena.

Gogortze-ezaugarriak: Laser bidezko berotzeak martensita gainasetuaren eraketa sustatzen du gainazalean, eta gogortasuna 300 HV-tik 500~600 HV-ra igotzen da, gogortasun ona mantenduz (aeromotorren palen indargarrirako egokia).

  Zailtasun teknikoa: Titaniozko aleazioak laser islapen handia du (% 70 inguru), beraz, gainazaleko aurretratamendua (hareazko leherketa adibidez) edo laser ultramorea (uhin-luzera 355 nm, islapen % 30etik beherakoa) erabili behar da.

2. Aluminiozko aleazioa (2xxx seriea, 7xxx seriea)

Aluminiozko aleazio material bat da, kobrea, silizioa, magnesioa, zinka eta manganesoa bezalako elementu gehigarriak dituena. Elementuen erlazioaren doikuntzen bidez, 1XXXtik 8XXXra bitarteko seriea osatzen du, aluminio puru industriala eta aluminio-kobre aleazioak biltzen dituena. Bere egoera-kode sistema bost egoera oinarrizkotan oinarritzen da, besteak beste, F (mekanizazio librea) eta O (erreketa), T6 bezalako kode zehatzek erresistentzia eta korrosioarekiko erresistentzia propietateen kontrol zehatza ahalbidetzen baitute.

Itzaltze mekanismoa: Soluzio solidoaren indartzea laserra azkar berotuz lortzen da, eta metaegonkortutako fase prezipitatua auto-hoztearen ondoren sortzen da (adibidez, 7075 aluminiozko aleazioaren gogortasuna 150 HV-tik 220 HV-ra igotzen da hoztu ondoren).

Aplikazioaren mugak: Aluminiozko aleazioak eroankortasun termiko handia du (eroankortasun termikoa 200 W/m K ingurukoa da), potentzia handiko laserra (≥2 kW) behar da berokuntza-eraginkortasuna bermatzeko, eta erraza da tentsio termikoko deformazioa sortzea.

3. Eztainu aleazioak (letoia, brontzea)

Kobre puruz eta elementu gehigarri batekin edo gehiagorekin osatutako aleazio bat da. Aplikazioak: Higaduraren aurkako osagaien gainazal gogortzea (adibidez, errodamenduak, balbulak). Laser bidezko hozte-prozesuaren ondoren, gainazalak nanokristalino-egitura bat eratzen du, gogortasuna % 15etik % 30era handituz. Hala ere, berotze-tenperatura kontrolatu behar da kobrezko matrizea biguntzea saihesteko.

III. Material funtzional bereziak

1. Hauts-metalurgiako materialak (adibidez, burdinazko eta kobrezko hauts-metalurgiako osagaiak) Abantailak: Egitura porotsuak lubrifikatzaile-olioa gorde dezake, eta gainazala trinkoagoa bihurtzen da laser bidezko hozte-prozesuaren ondoren. Gogortasuna 20-30 HRC-tik 50-55 HRC-ra igotzen da, eta horrek autolubrifikatzaile diren errodamenduetarako egokiak bihurtzen ditu.

2. Gainazaleko estaldura-materialak (adibidez, ihinztadura termiko bidezko estaldurak eta estaldura-geruzak) Aplikazio tipikoak: Karbono-altzairuzko gainazaletan ihinztatutako WC-Co estaldurak laser bidez hoztu ondoren, "martensita matrizea + karburo zementatu fasea" konposite-egitura bat sortzen da, 1000 HV-tik gorako gogortasuna lortuz. Material hauek meatze-makineriaren higadura-erresistenteen osagaietan erabiltzen dira.

IV. Laser bidezko hozterako desegokiak diren materialak

Karbono gutxiko altzairua (karbono edukia Karbono edukiera nahikorik ez duenez, eraldaketa martensitikoa minimoa da, eta ondorioz gogortze-efektu eskasak (gogortasunaren igoera

Altzairu herdoilgaitz austenitiko purua (adibidez, 316L): Martensitiko eraldaketa gaitasunik ez du. Laser bidezko berotzeak gogortzea baino ez du eragiten, gogortasunaren hobekuntza mugatuarekin (% 15-% 20 inguru).