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激光淬火用的材料和方法
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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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激光淬火樣品制備
在這項(xiàng)研究中，直徑為 66 毫米、厚度為 5 毫米、典型硬度為 23.31 ± 1.75 HRC 的 1538 MV 鋼盤用作測(cè)試樣品。在熱處理之前和之后，所有樣品都用 SiC 砂紙（粒度從 120 到 600）研磨，以獲得使用粗糙度測(cè)試儀 Mitutoyo SJ400 測(cè)量的粗糙度為 0.1 ± 0.03? μm 的表面。
常規(guī)熱處理（淬火-回火）
按照 ASM 手冊(cè) [ 1 ] 中提出的建議，三個(gè)樣品在奧氏體化溫度 (1198 K) 下淬火 4.5 小時(shí)。將樣品完全浸入處于還原氣氛的容器中，并在市售的基于聚乙二醇的淬火溶液中進(jìn)行淬火。處理后，樣品在 523 K 下回火 4 小時(shí)。
激光淬火
使用 10 kW 連續(xù)波 1080 nm 激光二極管（Laserline 型號(hào) LDF 10.00-100）進(jìn)行激光熱處理。該設(shè)備具有三個(gè)笛卡爾軸定位系統(tǒng)（x、y和z）和一個(gè)角度定位系統(tǒng)。樣品垂直于激光（z坐標(biāo)）放置在氣動(dòng)定心臺(tái)上。使用 3.5 毫米的光斑直徑，以 168 毫米/秒的線速度掃描 30 毫米的波段，以實(shí)現(xiàn)推薦的 5.04 厘米2 /秒的覆蓋率[ 13 ] ，在單個(gè)步驟中進(jìn)行程序化熱處理。
金相程序
從三個(gè)圓盤切出小部分，以使用光學(xué)顯微鏡研究橫截面。研磨和拋光按照 ASTM-E3-01 程序進(jìn)行。為了暴露微觀結(jié)構(gòu)，使用 4% 硝酸乙醇溶液蝕刻樣品 8 秒。
硬度測(cè)量
使用硬度計(jì) (8SSA-10287) 對(duì)以下三種樣品進(jìn)行 105 kg 載荷和 10 kg 預(yù)載荷進(jìn)行硬度測(cè)量：未經(jīng)熱處理的樣品、經(jīng)激光淬火的樣品和經(jīng)常規(guī)淬火的樣品 -回火。此外，使用顯微硬度計(jì)（Shimadzu，M 型，編號(hào) 89188）從經(jīng)受激光處理的樣品的橫截面獲得三個(gè)顯微硬度曲線。
摩擦系數(shù)的估計(jì)
根據(jù) ASTM G99 標(biāo)準(zhǔn)，使用常規(guī)摩擦計(jì)（CSM，S/N 18-259）和如圖1所示布置的 5 mm WC 球（1500 HV）在干燥條件下進(jìn)行磨損測(cè)試。該球的化學(xué)成分為鈷基（5-7％），其他碳化物（?2％）和碳化鎢（余量）。使用了以下測(cè)試參數(shù)：負(fù)載為 5 N，速度為 0.10 m/s，滑動(dòng)距離為 100、200、300 和 500 m，每個(gè)滑動(dòng)距離的軌道半徑為 4、6、8 和 10 mm，相對(duì)濕度為40±5％，室溫為292±2K。
樣品和WC鋼球的磨損機(jī)制
通過(guò)光學(xué)顯微鏡（OLYMPUS，PMG-3）評(píng)估WC球中的磨損疤痕，并使用掃描電子顯微鏡（JEOL，JSM-6360LV）評(píng)估所有盤的磨損機(jī)制。
磨損率估計(jì)
磨損率是根據(jù) WC 球表面產(chǎn)生的磨損疤痕的直徑和鋼盤中的軌道面積估算的。每個(gè)樣品及其對(duì)應(yīng)物的損失體積可以使用以下等式 [ 14 , 15 ] 計(jì)算：其中V是損失體積，b是磨損痕跡半徑，R是b ?<<? R的球體半徑。磨損率估算是基于以下公式得出的阿卡德定律其中V是損失體積，k是磨損常數(shù)，s是滑動(dòng)距離，N是施加的載荷。
結(jié)果與討論
未處理（RAW）樣品的光學(xué)顯微鏡照片（圖2（a））顯示分散的珍珠巖和鐵素體相，而激光淬火樣品的顯微照片（圖2（b））顯示了一層向上的馬氏體相到距離表面760 μm的深度，?然后是類似于原始基板的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò) CQT 處理的樣品顯示出連續(xù)的馬氏體相（圖2（c））。此外，圖3(a)和3(d) 中放大倍數(shù)更高的顯微照片清楚地顯示了由珠光體相和鐵素體相組成的 1538 MV 鋼的典型微觀結(jié)構(gòu)；同時(shí)，對(duì)于LQ樣品的激光淬火區(qū)，可以看到具有規(guī)則晶粒尺寸的馬氏體相（圖3（b）和3（e）），這可能歸因于材料的均勻冷卻在激光淬火過(guò)程中。另一方面，圖3(c)和3(f)顯示了 CQT 樣品的馬氏體相晶粒 被少量殘余奧氏體相包圍。同樣，XRD圖證實(shí)了鐵素體相和馬氏體相的存在
在這項(xiàng)研究中，直徑為 66 毫米、厚度為 5 毫米、典型硬度為 23.31 ± 1.75 HRC 的 1538 MV 鋼盤用作測(cè)試樣品。在熱處理之前和之后，所有樣品都用 SiC 砂紙（粒度從 120 到 600）研磨，以獲得使用粗糙度測(cè)試儀 Mitutoyo SJ400 測(cè)量的粗糙度為 0.1 ± 0.03? μm 的表面。
常規(guī)熱處理（淬火-回火）
按照 ASM 手冊(cè) [ 1 ] 中提出的建議，三個(gè)樣品在奧氏體化溫度 (1198 K) 下淬火 4.5 小時(shí)。將樣品完全浸入處于還原氣氛的容器中，并在市售的基于聚乙二醇的淬火溶液中進(jìn)行淬火。處理后，樣品在 523 K 下回火 4 小時(shí)。
激光淬火
使用 10 kW 連續(xù)波 1080 nm 激光二極管（Laserline 型號(hào) LDF 10.00-100）進(jìn)行激光熱處理。該設(shè)備具有三個(gè)笛卡爾軸定位系統(tǒng)（x、y和z）和一個(gè)角度定位系統(tǒng)。樣品垂直于激光（z坐標(biāo)）放置在氣動(dòng)定心臺(tái)上。使用 3.5 毫米的光斑直徑，以 168 毫米/秒的線速度掃描 30 毫米的波段，以實(shí)現(xiàn)推薦的 5.04 厘米2 /秒的覆蓋率[ 13 ] ，在單個(gè)步驟中進(jìn)行程序化熱處理。
金相程序
從三個(gè)圓盤切出小部分，以使用光學(xué)顯微鏡研究橫截面。研磨和拋光按照 ASTM-E3-01 程序進(jìn)行。為了暴露微觀結(jié)構(gòu)，使用 4% 硝酸乙醇溶液蝕刻樣品 8 秒。
硬度測(cè)量
使用硬度計(jì) (8SSA-10287) 對(duì)以下三種樣品進(jìn)行 105 kg 載荷和 10 kg 預(yù)載荷進(jìn)行硬度測(cè)量：未經(jīng)熱處理的樣品、經(jīng)激光淬火的樣品和經(jīng)常規(guī)淬火的樣品 -回火。此外，使用顯微硬度計(jì)（Shimadzu，M 型，編號(hào) 89188）從經(jīng)受激光處理的樣品的橫截面獲得三個(gè)顯微硬度曲線。
摩擦系數(shù)的估計(jì)
根據(jù) ASTM G99 標(biāo)準(zhǔn)，使用常規(guī)摩擦計(jì)（CSM，S/N 18-259）和如圖1所示布置的 5 mm WC 球（1500 HV）在干燥條件下進(jìn)行磨損測(cè)試。該球的化學(xué)成分為鈷基（5-7％），其他碳化物（?2％）和碳化鎢（余量）。使用了以下測(cè)試參數(shù)：負(fù)載為 5 N，速度為 0.10 m/s，滑動(dòng)距離為 100、200、300 和 500 m，每個(gè)滑動(dòng)距離的軌道半徑為 4、6、8 和 10 mm，相對(duì)濕度為40±5％，室溫為292±2K。
樣品和WC鋼球的磨損機(jī)制
通過(guò)光學(xué)顯微鏡（OLYMPUS，PMG-3）評(píng)估WC球中的磨損疤痕，并使用掃描電子顯微鏡（JEOL，JSM-6360LV）評(píng)估所有盤的磨損機(jī)制。
磨損率估計(jì)
磨損率是根據(jù) WC 球表面產(chǎn)生的磨損疤痕的直徑和鋼盤中的軌道面積估算的。每個(gè)樣品及其對(duì)應(yīng)物的損失體積可以使用以下等式 [ 14 , 15 ] 計(jì)算：其中V是損失體積，b是磨損痕跡半徑，R是b ?<<? R的球體半徑。磨損率估算是基于以下公式得出的阿卡德定律其中V是損失體積，k是磨損常數(shù)，s是滑動(dòng)距離，N是施加的載荷。
結(jié)果與討論
未處理（RAW）樣品的光學(xué)顯微鏡照片（圖2（a））顯示分散的珍珠巖和鐵素體相，而激光淬火樣品的顯微照片（圖2（b））顯示了一層向上的馬氏體相到距離表面760 μm的深度，?然后是類似于原始基板的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò) CQT 處理的樣品顯示出連續(xù)的馬氏體相（圖2（c））。此外，圖3(a)和3(d) 中放大倍數(shù)更高的顯微照片清楚地顯示了由珠光體相和鐵素體相組成的 1538 MV 鋼的典型微觀結(jié)構(gòu)；同時(shí)，對(duì)于LQ樣品的激光淬火區(qū)，可以看到具有規(guī)則晶粒尺寸的馬氏體相（圖3（b）和3（e）），這可能歸因于材料的均勻冷卻在激光淬火過(guò)程中。另一方面，圖3(c)和3(f)顯示了 CQT 樣品的馬氏體相晶粒 被少量殘余奧氏體相包圍。同樣，XRD圖證實(shí)了鐵素體相和馬氏體相的存在
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