లేజర్ క్వెంచింగ్ టెక్నాలజీకి అనువైన పదార్థ రకాలు మరియు లక్షణాల విశ్లేషణ

I. ఫెర్రస్ లోహ పదార్థాలు (ప్రస్తుతం అత్యంత ప్రధానమైన అనువర్తనం)

1. మధ్యస్థ మరియు అధిక కార్బన్ ఉక్కు (కార్బన్ శాతం 0.3%~0.8%), సాధారణ పదార్థాలు:

45 ఉక్కు (అధిక-నాణ్యత గల మీడియం-కార్బన్ స్ట్రక్చరల్ స్టీల్), JIS ప్రమాణాలు, ASTM 1045/080M46, మరియు DIN C45 లలో S45C గా పేర్కొనబడింది, ఇది ఒక ప్రీమియం కార్బన్ స్ట్రక్చరల్ స్టీల్, దీని రసాయన కూర్పు ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది: 0.42-0.50% కార్బన్ (C), 0.17-0.37% సిలికాన్ (Si), 0.50-0.80% మాంగనీస్ (Mn), మరియు ≤0.25% క్రోమియం (Cr). ఈ బహుముఖ మెటీరియల్ అద్భుతమైన కోల్డ్/హాట్ వర్కబిలిటీ, ఉన్నతమైన యాంత్రిక లక్షణాలు, తక్కువ ఖర్చు, మరియు విస్తృత లభ్యతను ప్రదర్శిస్తుంది, అందువల్ల దీనిని పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. అయితే, దీని ప్రాథమిక పరిమితి తక్కువ హార్డెనబిలిటీలో ఉంది, ఇది పెద్ద క్రాస్-సెక్షనల్ కొలతలు లేదా అధిక ఖచ్చితత్వ ప్రమాణాలు అవసరమయ్యే భాగాల తయారీకి అనుచితంగా మారుస్తుంది.

T8 ఉక్కు: క్వెంచింగ్ మరియు టెంపరింగ్ తర్వాత అధిక కాఠిన్యం మరియు అరుగుదల నిరోధకతను ప్రదర్శించే ఒక యూటెక్టాయిడ్ కార్బన్ టూల్ స్టీల్ ఇది. అయినప్పటికీ, దీనికి తక్కువ హాట్ హార్డెనబిలిటీ, పేలవమైన హార్డెనబిలిటీ మరియు మెషీనింగ్ సమయంలో అధిక వేడి వలన ఆకృతిలో మార్పు చెందే అవకాశం వంటి పరిమితులు ఉన్నాయి. ఈ మెటీరియల్ GB/T 1298 సిరీస్ ప్రమాణాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, దీనిలో 0.75% నుండి 0.84% ​​మధ్య కార్బన్ ఉంటుంది. అందువల్ల ఇది సాధారణ ఆకారపు కోల్డ్-ఫార్మింగ్ డైలు మరియు కటింగ్ టూల్స్ తయారీకి అనుకూలంగా ఉంటుంది. క్వెంచింగ్ ప్రక్రియకు 780-800℃°C వద్ద నీటితో చల్లబరచడం అవసరం, అయితే 250℃°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద టెంపరింగ్ చేయడం వల్ల కొలతలలో స్థిరత్వం నిర్ధారించబడుతుంది. అయినప్పటికీ, ఇంపాక్ట్ లోడ్ నిరోధకత అవసరమయ్యే అనువర్తనాలకు ఇది సిఫార్సు చేయబడదు.

65Mn స్టీల్: ఉష్ణ చికిత్స మరియు కోల్డ్ డ్రాయింగ్ హార్డెనింగ్ తర్వాత అధిక బలాన్ని కలిగి, మంచి ఫ్లెక్సిబిలిటీ మరియు ప్లాస్టిసిటీని అందించే ఒక స్ప్రింగ్ స్టీల్ ఉత్పత్తి. ఒకే రకమైన ఉపరితల పరిస్థితులలో మరియు పూర్తి హార్డెనింగ్‌లో, దీని ఫెటీగ్ లిమిట్ ఐదు-రంగుల మిశ్రమలోహ స్ప్రింగ్‌లతో సమానంగా ఉంటుంది. అయితే, తక్కువ హార్డెనబిలిటీ కారణంగా, దీనిని ప్రధానంగా పీడనాన్ని సర్దుబాటు చేసే/వేగాన్ని నియంత్రించే స్ప్రింగ్‌లు, బలాన్ని కొలిచే స్ప్రింగ్‌లు, సాధారణ మెకానికల్ వృత్తాకార/దీర్ఘచతురస్రాకార హెలికల్ స్ప్రింగ్‌లు, లేదా చిన్న యంత్రాల కోసం వైర్-డ్రాన్ స్టీల్ స్ప్రింగ్‌ల వంటి చిన్న-పరిమాణ స్ప్రింగ్‌ల కోసం ఉపయోగిస్తారు. హార్డెనింగ్ ప్రభావం: ఉపరితల గట్టిదనం 55-65 HRCకి చేరుకుంటుంది, గట్టిపడిన పొర లోతు 0.2~1.5mm ఉంటుంది, ఇది ఏకరీతి మార్టెన్సిటిక్ నిర్మాణాన్ని మరియు గణనీయంగా మెరుగైన అరుగుదల నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది (ఉదాహరణకు, క్వెంచింగ్ తర్వాత 45 స్టీల్ యొక్క అరుగుదల జీవితం 4-6 రెట్లు పెరుగుతుంది). గేర్లు, పిన్‌లు మరియు షాఫ్ట్ భాగాలకు అనుకూలం. యంత్రాంగం: తగినంత కార్బన్ కంటెంట్ సమృద్ధిగా మార్టెన్‌సైట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది వేగవంతమైన లేజర్ హీటింగ్ సమయంలో పూర్తి ఆస్టెనైజేషన్‌కు గురై, సెల్ఫ్-కూలింగ్ క్వెంచింగ్ ద్వారా పూర్తి దశ పరివర్తనను సాధిస్తుంది.

2. మిశ్రమ నిర్మాణ ఉక్కు (Cr, Ni, Mo మరియు ఇతర మూలకాలను జోడించి), సాధారణ పదార్థాలు:

40 కోట్లు: (GB3077లో నిర్వచించిన ప్రకారం 40Cr "అల్లాయ్ స్ట్రక్చరల్ స్టీల్" వర్గం కిందకు వస్తుంది. ఈ స్టీల్‌లో 0.37%-0.44% కార్బన్ ఉంటుంది, ఇది 45 స్టీల్ కంటే కొద్దిగా తక్కువ, మరియు సిలికాన్ (Si) మరియు మాంగనీస్ (Mn) పరిమాణం దాదాపు సమానంగా ఉంటుంది. ఇందులో 0.80%-1.10% క్రోమియం (Cr) ఉంటుంది. హాట్-రోల్డ్ అనువర్తనాలలో, ఈ 1% క్రోమియం పరిమాణం ప్రాథమికంగా ప్రభావవంతంగా ఉండదు, ఎందుకంటే రెండు గ్రేడ్‌లు ఒకే రకమైన యాంత్రిక లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి. 40Cr ధర 45 స్టీల్ ధరలో దాదాపు సగం ఉంటుంది కాబట్టి, ఆర్థికపరమైన కారణాల వల్ల వీలైనప్పుడల్లా దానికి బదులుగా 45 స్టీల్‌ను ఉపయోగిస్తారు.)

35CrMo: 35CrMo అనేది మిశ్రమలోహ నిర్మాణ ఉక్కు (మిశ్రమలోహ క్వెంచెడ్ మరియు టెంపర్డ్ స్టీల్) కోసం ఒక స్పెసిఫికేషన్ కోడ్. ఇది జర్మన్ ప్రమాణం 1.7220, బ్రిటిష్ ప్రమాణం 708A37, ఫ్రెంచ్ ప్రమాణం 35CD4 మొదలైన వాటికి అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు GB/T 3077-2015కు కట్టుబడి ఉంటుంది. దీని కార్బన్ ఈక్వివలెంట్ 0.72%, మరియు దీని వెల్డింగ్ సామర్థ్యం తక్కువగా ఉండటం వలన ముందుగా వేడిచేసే చర్యలు అవసరం. ఈ ఉక్కు అధిక స్టాటిక్ బలం మరియు ఇంపాక్ట్ టఫ్నెస్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది, దీని తన్యత బలం ≥985MPa మరియు దిగుబడి బలం ≥835MPa ఉంటుంది. ఇది 500℃ వరకు దీర్ఘకాలిక ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతలను తట్టుకోగలదు. ఇది రోలింగ్ మిల్లులలో గేర్‌బాక్స్‌లు, క్రాంక్‌షాఫ్ట్‌లు, కనెక్టింగ్ రాడ్‌లు మరియు స్టీమ్ టర్బైన్ స్పిండిల్స్ వంటి అధిక-భార యాంత్రిక భాగాల తయారీకి అనుకూలంగా ఉంటుంది.

20CrMnTi: 0.17%-0.24% కార్బన్ కంటెంట్ కలిగిన కార్బరైజ్డ్ స్టీల్‌ను, సాధారణంగా ఆటోమోటివ్ తయారీలో ట్రాన్స్‌మిషన్ గేర్‌ల కోసం ఉపయోగిస్తారు. ఒక మీడియం-హార్డెనింగ్ కార్బరైజ్డ్ స్టీల్ (Cr-Mn-Ti)గా, ఇది అధిక అల్ప-ఉష్ణోగ్రత ఇంపాక్ట్ టఫ్‌నెస్‌ను కలిగి ఉంటూనే, అసాధారణమైన హార్డెనబిలిటీని ప్రదర్శిస్తుంది. ప్రత్యేకంగా సర్ఫేస్ కార్బరైజేషన్ హార్డెనింగ్ కోసం రూపొందించబడిన ఈ స్టీల్, కనిష్ట డిఫార్మేషన్‌తో అద్భుతమైన మెషినబిలిటీని మరియు అత్యుత్తమ ఫెటీగ్ రెసిస్టెన్స్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది. దీని ప్రాథమిక అనువర్తనాలలో షాఫ్ట్ కాంపోనెంట్‌లు, పిస్టన్ భాగాలు, మరియు ఆటోమొబైల్స్ మరియు విమానాల కోసం ప్రత్యేకమైన కాంపోనెంట్‌ల తయారీ ఉన్నాయి.

చల్లార్చే ప్రభావం: కాఠిన్యం 60~70 HRC వరకు చేరగలదు, గట్టిపడిన పొర లోతు 0.3~2mm ఉంటుంది, మిశ్రమ లోహ మూలకాలు గట్టిపడే సామర్థ్యాన్ని మరియు తుప్పు నిరోధకతను మెరుగుపరుస్తాయి (ఉదాహరణకు, 35CrMo గేర్‌ను క్వెంచింగ్ చేసిన తర్వాత దాని అలసట బలం 30% పెరిగింది).

గమనిక: అధిక మిశ్రమ లోహ కంటెంట్ లేజర్ శోషణ రేటును తగ్గించవచ్చు, కాబట్టి బ్లాకెనింగ్ ట్రీట్‌మెంట్ (ఫాస్ఫేటింగ్ మరియు కోటింగ్ వంటివి) ద్వారా శక్తి శోషణ సామర్థ్యాన్ని పెంచడం అవసరం.

3. కాస్ట్ ఐరన్ (గ్రే కాస్ట్ ఐరన్, డక్టైల్ కాస్ట్ ఐరన్), సాధారణ పదార్థాలు:

HT300: ఇది పెర్లైట్ రకానికి చెందిన అధిక బలం గల గ్రే కాస్ట్ ఐరన్, ఇది జాతీయ ప్రమాణం GB 9439-88ని అమలు చేస్తుంది, దీని పేరులో "HT" అనేది గ్రే కాస్ట్ ఐరన్‌ను సూచిస్తుంది, "300" అనేది 30mm వ్యాసం గల టెస్ట్ రాడ్ యొక్క కనీస తన్యత బలం 300MPa అని సూచిస్తుంది.

QT600-3: QT600-3 అనేది పెర్లైటిక్ బాడీ డక్టైల్ ఐరన్, ఇది మధ్యస్థ మరియు అధిక బలం, మధ్యస్థ దృఢత్వం మరియు ప్లాస్టిసిటీ, అధిక సమగ్ర పనితీరు, మంచి అరుగుదల నిరోధకత మరియు కంపన నివారణ, మంచి కాస్టింగ్ ప్రక్రియ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. ఇది వివిధ ఉష్ణ చికిత్సల ద్వారా తన లక్షణాలను మార్చుకోగలదు.

చల్లార్చే ప్రభావం: ఉపరితల కాఠిన్యం 45~55 HRC వరకు చేరగలదు, గట్టిపడిన పొర లోతు 0.1~0.8mm ఉంటుంది, మరియు గ్రాఫైట్ దశ చుట్టూ మార్టెన్‌సైట్ + అవశేష ఆస్టెనైట్ నిర్మాణం ఏర్పడుతుంది, ఇది రాపిడి నిరోధక సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది (ఉదాహరణకు, క్వెంచింగ్ తర్వాత మెషిన్ టూల్ గైడ్ రైలు యొక్క ఘర్షణ గుణకం 20% తగ్గుతుంది).

II. ఫెర్రస్ కాని లోహాలు మరియు వాటి మిశ్రమాలు (అభివృద్ధి చెందుతున్న అనువర్తన రంగాలు)

1. టైటానియం మిశ్రమలోహం (Ti-6Al-4V, మొదలైనవి)

టైటానియం మిశ్రమలోహం అనేది టైటానియం మరియు ఇతర లోహాలతో తయారు చేయబడిన వివిధ రకాల మిశ్రమలోహాలను సూచిస్తుంది. 1950లలో అభివృద్ధి చేయబడిన టైటానియం ఒక ముఖ్యమైన నిర్మాణ లోహం. టైటానియం మిశ్రమలోహాలు బలం, తుప్పు నిరోధకత, అధిక ఉష్ణ నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి.

గట్టిపడే లక్షణాలు: లేజర్ తాపనం ఉపరితలంపై అతిసంతృప్త మార్టెన్‌సైట్ ఏర్పడటాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది, మరియు మంచి దృఢత్వాన్ని కొనసాగిస్తూనే కాఠిన్యం 300 HV నుండి 500~600 HV కి పెరుగుతుంది (విమాన-ఇంజిన్ బ్లేడ్ బలోపేతానికి అనువైనది).

  సాంకేతిక సమస్య: టైటానియం మిశ్రమానికి అధిక లేజర్ పరావర్తనశక్తి (సుమారు 70%) ఉంటుంది, కాబట్టి ఉపరితల పూర్వ చికిత్స (సాండ్‌బ్లాస్టింగ్ వంటివి) లేదా అతినీలలోహిత లేజర్ (తరంగదైర్ఘ్యం 355nm, పరావర్తనశక్తి 30% కంటే తక్కువ) ఉపయోగించాలి.

2. అల్యూమినియం మిశ్రమలోహం (2xxx సిరీస్, 7xxx సిరీస్)

ఇది రాగి, సిలికాన్, మెగ్నీషియం, జింక్ మరియు మాంగనీస్ వంటి అదనపు మూలకాలను కలిగి ఉన్న అల్యూమినియం ఆధారిత మిశ్రమలోహ పదార్థం. మూలకాల నిష్పత్తి సర్దుబాట్ల ద్వారా, ఇది పారిశ్రామిక స్వచ్ఛమైన అల్యూమినియం మరియు అల్యూమినియం-రాగి మిశ్రమలోహాలను కవర్ చేస్తూ 1XXX నుండి 8XXX సిరీస్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. దీని స్టేట్ కోడ్ వ్యవస్థ F (ఫ్రీ మెషీనింగ్) మరియు O (అనీలింగ్)తో సహా ఐదు ప్రాథమిక స్థితులపై ఆధారపడి ఉంటుంది, T6 వంటి వివరణాత్మక కోడ్‌లు బలం మరియు తుప్పు నిరోధక లక్షణాలపై ఖచ్చితమైన నియంత్రణను సాధ్యం చేస్తాయి.

చల్లార్చే విధానం: లేజర్‌తో వేగంగా వేడి చేయడం ద్వారా ఘన ద్రావణ బలోపేతం సాధించబడుతుంది మరియు స్వీయ-శీతలీకరణ తర్వాత అస్థిర అవక్షేప దశ ఏర్పడుతుంది (ఉదాహరణకు, క్వెంచింగ్ తర్వాత 7075 అల్యూమినియం మిశ్రమం యొక్క కాఠిన్యం 150 HV నుండి 220 HV కి పెరుగుతుంది).

అప్లికేషన్ పరిమితులు: అల్యూమినియం మిశ్రమ లోహం అధిక ఉష్ణ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది (ఉష్ణ వాహకత సుమారు 200 W/m K), తాపన సామర్థ్యాన్ని నిర్ధారించడానికి అధిక శక్తి గల లేజర్ (≥2 kW) అవసరం, మరియు ఉష్ణ ఒత్తిడి వైకల్యం సులభంగా ఏర్పడుతుంది.

3. తగరపు మిశ్రమాలు (ఇత్తడి, కంచు)

ఇది స్వచ్ఛమైన రాగితో పాటు ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ అదనపు మూలకాలతో కూడిన మిశ్రమలోహం. ఉపయోగాలు: అరుగుదలను తట్టుకునే భాగాల (ఉదాహరణకు, బేరింగ్‌లు, వాల్వ్‌లు) ఉపరితలాన్ని గట్టిపరచడం. లేజర్ క్వెంచింగ్ తర్వాత, ఉపరితలం నానోక్రిస్టలైన్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, దీనివల్ల గట్టిదనం 15% నుండి 30% వరకు పెరుగుతుంది. అయితే, రాగి మాతృక మెత్తబడకుండా నిరోధించడానికి వేడిచేసే ఉష్ణోగ్రతను నియంత్రించాలి.

III. ప్రత్యేక క్రియాత్మక పదార్థాలు

1. పౌడర్ మెటలర్జీ మెటీరియల్స్ (ఉదాహరణకు, ఇనుము ఆధారిత మరియు రాగి ఆధారిత పౌడర్ మెటలర్జికల్ భాగాలు) ప్రయోజనాలు: వాటి సచ్ఛిద్ర నిర్మాణం కందెన నూనెను నిల్వ చేయగలదు, మరియు లేజర్ క్వెంచింగ్ తర్వాత ఉపరితలం మరింత సాంద్రంగా మారుతుంది. కాఠిన్యం 20-30 HRC నుండి 50-55 HRC కి పెరుగుతుంది, ఇది వాటిని స్వీయ-కందెన బేరింగ్‌లకు అనువుగా చేస్తుంది.

2. ఉపరితల పూత పదార్థాలు (ఉదాహరణకు, థర్మల్ స్ప్రే పూతలు మరియు క్లాడింగ్ పొరలు) సాధారణ అనువర్తనాలు: కార్బన్ స్టీల్ ఉపరితలాలపై స్ప్రే చేసిన WC-Co పూతలను లేజర్ క్వెంచింగ్ చేసిన తర్వాత, "మార్టెన్‌సైట్ మ్యాట్రిక్స్ + సిమెంటెడ్ కార్బైడ్ ఫేజ్" అనే మిశ్రమ నిర్మాణం ఏర్పడుతుంది, ఇది 1000 HV కంటే ఎక్కువ కాఠిన్యాన్ని సాధిస్తుంది. ఈ పదార్థాలను మైనింగ్ యంత్రాలలోని అరుగుదలను నిరోధించే భాగాలలో ఉపయోగిస్తారు.

IV. లేజర్ క్వెంచింగ్‌కు అనుకూలం కాని పదార్థాలు

తక్కువ కార్బన్ ఉక్కు (కార్బన్ శాతం కార్బన్ పరిమాణం తగినంతగా లేకపోవడం వల్ల, మార్టెన్సిటిక్ పరివర్తన చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా గట్టిపడే ప్రభావాలు బలహీనంగా ఉంటాయి (గట్టిదనం పెరుగుదల

స్వచ్ఛమైన ఆస్టెనిటిక్ స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ (ఉదా, 316L): మార్టెన్సిటిక్ పరివర్తన సామర్థ్యం లేదు. లేజర్ తాపనం వలన పరిమిత కాఠిన్య మెరుగుదలతో (సుమారు 15% -20%) వర్క్ హార్డెనింగ్ మాత్రమే కలుగుతుంది.