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表面激光淬火作為 1538 MV 鋼常規(guī)淬火和回火處理的替代方法
來(lái)源:
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作者:輝銳集團(tuán)
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發(fā)布時(shí)間: 2021-05-31
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本文旨在通過(guò)研究經(jīng)過(guò)表面激光淬火處理的 AISI 1538 MV 鋼的摩擦學(xué)行為，鼓勵(lì)使用激光處理作為一種環(huán)保技術(shù)，以改善金屬材料的機(jī)械性能，而不是傳統(tǒng)的淬火和回火技術(shù)?；瑒?dòng)磨損試驗(yàn)采用銷(xiāo)盤(pán)法進(jìn)行。為了確定磨損機(jī)制，通過(guò)掃描電子顯微鏡評(píng)估圓盤(pán)上的磨損表面，并通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察球上的磨損疤痕。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)方法相比，激光處理使平均摩擦系數(shù)降低了25%，磨損率降低了60%，同時(shí)保持了磨損軌跡的深度和橫截面和表面的硬度。
熱處理涉及一系列旨在通過(guò)改變金屬材料的初始晶體結(jié)構(gòu)來(lái)提高其機(jī)械性能的過(guò)程。其中一種工藝是傳統(tǒng)的淬火和回火 (CQT) 處理，用于增加預(yù)計(jì)能夠承受高表面載荷的鋼基機(jī)械部件的硬度。黑色金屬材料常規(guī)淬火的基本原理是將工作材料加熱到奧氏體化溫度，然后突然冷卻以獲得馬氏體相，這使機(jī)械部件具有高硬度和耐磨性。傳統(tǒng)淬火的主要缺點(diǎn)之一是整個(gè)部件會(huì)發(fā)生相變，
已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種表面硬化技術(shù)并在汽車(chē)工業(yè)中常用的金屬上進(jìn)行了測(cè)試，以制造齒輪、閥門(mén)、鏈輪、凸輪、齒輪箱、曲軸和汽缸套等。使用這些技術(shù)，已經(jīng)產(chǎn)生了不同的硬化層厚度，例如，感應(yīng)加熱處理可以在 AISI 1045 鋼上產(chǎn)生高達(dá) 3 毫米厚的硬化層 ，等離子弧熔化可以在 45 鋼上產(chǎn)生 50?微米的硬化層 ，以及 Telasang 等人報(bào)道的激光淬火 (LQ)?？梢援a(chǎn)生400? μ H13鋼的表面[根據(jù)米硬化層。雖然感應(yīng)加熱會(huì)產(chǎn)生較厚的層，但只有激光表面硬化才能產(chǎn)生復(fù)雜幾何形狀的均勻?qū)?，因此因其潛在的工業(yè)用途而受到研究的關(guān)注。
激光表面硬化是自1970年代以來(lái)一直使用和研究的技術(shù)。然而，工業(yè)應(yīng)用的研究大多使用功率密度為 10 3至 10 5 ?W/cm 2 的CO 2激光器進(jìn)行。2004 年，Kennedy 報(bào)告說(shuō)，由于功率密度的增加和與高功率二極管激光器的發(fā)展相關(guān)的激光器成本的降低，激光表面硬化可能是一種可以在工業(yè)規(guī)模上應(yīng)用的技術(shù)。
盡管激光表面硬化是一項(xiàng)不斷發(fā)展的技術(shù)，但諸如表面形態(tài)變化和表面微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性之類(lèi)的問(wèn)題仍然持續(xù)。這些問(wèn)題的主要原因是該技術(shù)中涉及的大量參數(shù)，例如峰值溫度、加熱和冷卻速率，以及缺乏有關(guān)微觀結(jié)構(gòu)隨時(shí)間演變的信息。Farshidianfar 最近提出了一種方法，通過(guò)使用基于紅外的熱成像系統(tǒng)的實(shí)時(shí)熱監(jiān)測(cè)來(lái)控制表面 LQ 過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)和幾何形狀 。該技術(shù)降低了所獲得特性的均勻性的不確定性。其他研究試圖通過(guò)研究激光功率和激光掃描速度對(duì) AISI 低碳鋼的微觀結(jié)構(gòu)、硬化深度和表面硬度的影響 并通過(guò)驗(yàn)證二極管的使用來(lái)提高激光表面硬化的可靠性激光代替 CO 2激光來(lái)硬化 AISI 1040 中碳鋼 。
大多數(shù)研究人員認(rèn)為，只有激光參數(shù)會(huì)影響適當(dāng)硬化層的形成；然而，勇等人。已經(jīng)證明，在實(shí)際制造過(guò)程中，通過(guò)研究非調(diào)質(zhì) 1538 MV 鋼的微觀結(jié)構(gòu)和性能的演變，制造技術(shù)也起著重要作用。使用由鍛造工藝生產(chǎn)的曲軸，他們證明鍛造溫度和冷卻過(guò)程直接影響鍛造后沉淀物的尺寸和分散 。如果改變這種鋼的硬度，那么它的疲勞極限也會(huì)改變，正如 Li 等人報(bào)道的那樣。
盡管已經(jīng)對(duì)多種類(lèi)型的鋼進(jìn)行了許多激光表面硬化研究，但據(jù)我們所知，沒(méi)有一項(xiàng)研究旨在比較激光處理樣品的摩擦學(xué)性能與常規(guī)技術(shù)處理的樣品的摩擦學(xué)性能，以了解激光處理的部件在多大程度上是可靠的。避免傳統(tǒng)淬火的主要?jiǎng)訖C(jī)是硬化整個(gè)零件所需的大量能量。這項(xiàng)工作比較了 1538 MV 鋼的摩擦學(xué)行為，1538 MV 鋼被選為汽車(chē)工業(yè)中使用的代表性材料，經(jīng)受 LQ 和 CQT。研究的變量包括摩擦系數(shù)、耐磨性、晶粒形態(tài)和硬度。
熱處理涉及一系列旨在通過(guò)改變金屬材料的初始晶體結(jié)構(gòu)來(lái)提高其機(jī)械性能的過(guò)程。其中一種工藝是傳統(tǒng)的淬火和回火 (CQT) 處理，用于增加預(yù)計(jì)能夠承受高表面載荷的鋼基機(jī)械部件的硬度。黑色金屬材料常規(guī)淬火的基本原理是將工作材料加熱到奧氏體化溫度，然后突然冷卻以獲得馬氏體相，這使機(jī)械部件具有高硬度和耐磨性。傳統(tǒng)淬火的主要缺點(diǎn)之一是整個(gè)部件會(huì)發(fā)生相變，
已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種表面硬化技術(shù)并在汽車(chē)工業(yè)中常用的金屬上進(jìn)行了測(cè)試，以制造齒輪、閥門(mén)、鏈輪、凸輪、齒輪箱、曲軸和汽缸套等。使用這些技術(shù)，已經(jīng)產(chǎn)生了不同的硬化層厚度，例如，感應(yīng)加熱處理可以在 AISI 1045 鋼上產(chǎn)生高達(dá) 3 毫米厚的硬化層 ，等離子弧熔化可以在 45 鋼上產(chǎn)生 50?微米的硬化層 ，以及 Telasang 等人報(bào)道的激光淬火 (LQ)?？梢援a(chǎn)生400? μ H13鋼的表面[根據(jù)米硬化層。雖然感應(yīng)加熱會(huì)產(chǎn)生較厚的層，但只有激光表面硬化才能產(chǎn)生復(fù)雜幾何形狀的均勻?qū)?，因此因其潛在的工業(yè)用途而受到研究的關(guān)注。
激光表面硬化是自1970年代以來(lái)一直使用和研究的技術(shù)。然而，工業(yè)應(yīng)用的研究大多使用功率密度為 10 3至 10 5 ?W/cm 2 的CO 2激光器進(jìn)行。2004 年，Kennedy 報(bào)告說(shuō)，由于功率密度的增加和與高功率二極管激光器的發(fā)展相關(guān)的激光器成本的降低，激光表面硬化可能是一種可以在工業(yè)規(guī)模上應(yīng)用的技術(shù)。
盡管激光表面硬化是一項(xiàng)不斷發(fā)展的技術(shù)，但諸如表面形態(tài)變化和表面微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性之類(lèi)的問(wèn)題仍然持續(xù)。這些問(wèn)題的主要原因是該技術(shù)中涉及的大量參數(shù)，例如峰值溫度、加熱和冷卻速率，以及缺乏有關(guān)微觀結(jié)構(gòu)隨時(shí)間演變的信息。Farshidianfar 最近提出了一種方法，通過(guò)使用基于紅外的熱成像系統(tǒng)的實(shí)時(shí)熱監(jiān)測(cè)來(lái)控制表面 LQ 過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)和幾何形狀 。該技術(shù)降低了所獲得特性的均勻性的不確定性。其他研究試圖通過(guò)研究激光功率和激光掃描速度對(duì) AISI 低碳鋼的微觀結(jié)構(gòu)、硬化深度和表面硬度的影響 并通過(guò)驗(yàn)證二極管的使用來(lái)提高激光表面硬化的可靠性激光代替 CO 2激光來(lái)硬化 AISI 1040 中碳鋼 。
大多數(shù)研究人員認(rèn)為，只有激光參數(shù)會(huì)影響適當(dāng)硬化層的形成；然而，勇等人。已經(jīng)證明，在實(shí)際制造過(guò)程中，通過(guò)研究非調(diào)質(zhì) 1538 MV 鋼的微觀結(jié)構(gòu)和性能的演變，制造技術(shù)也起著重要作用。使用由鍛造工藝生產(chǎn)的曲軸，他們證明鍛造溫度和冷卻過(guò)程直接影響鍛造后沉淀物的尺寸和分散 。如果改變這種鋼的硬度，那么它的疲勞極限也會(huì)改變，正如 Li 等人報(bào)道的那樣。
盡管已經(jīng)對(duì)多種類(lèi)型的鋼進(jìn)行了許多激光表面硬化研究，但據(jù)我們所知，沒(méi)有一項(xiàng)研究旨在比較激光處理樣品的摩擦學(xué)性能與常規(guī)技術(shù)處理的樣品的摩擦學(xué)性能，以了解激光處理的部件在多大程度上是可靠的。避免傳統(tǒng)淬火的主要?jiǎng)訖C(jī)是硬化整個(gè)零件所需的大量能量。這項(xiàng)工作比較了 1538 MV 鋼的摩擦學(xué)行為，1538 MV 鋼被選為汽車(chē)工業(yè)中使用的代表性材料，經(jīng)受 LQ 和 CQT。研究的變量包括摩擦系數(shù)、耐磨性、晶粒形態(tài)和硬度。
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