Lāzera apšuvums ir visprogresīvākā tehnoloģija, kas uzlabo komponentu virsmas īpašības, uz pamatnes uzklājot materiāla slāni, izmantojot augstas enerģijas lāzera staru. Šo progresīvo piedevu ražošanas paņēmienu plaši izmanto, lai uzlabotu nodilumizturību, izturību pret koroziju un termisko stabilitāti augstvērtīgos komponentos. Ar lāzeru pārklātu slāņu mikrostrukturālo īpašību izpratne ir ļoti svarīga, lai optimizētu to veiktspēju un nodrošinātu komponentu uzticamību. Šis raksts iedziļinās ar lāzeru pārklātu slāņu mikrostrukturālajā analīzē, pievēršoties fāzu transformācijām un to ietekmei uz mehāniskajām īpašībām.
Lāzera apšuvuma process
Lāzera apšuvums ietver lāzera stara izmantošanu, lai izkausētu izejmateriālu, kas pēc tam tiek uzklāts uz substrāta virsmas, veidojot apšuvuma slāni. Procesa parametriem, piemēram, lāzera jaudai, skenēšanas ātrumam un padeves ātrumam, ir izšķiroša nozīme pārklājuma slāņa kvalitātes un īpašību noteikšanā. Ātrie sildīšanas un dzesēšanas cikli, kas raksturīgi lāzera apšuvumam, var izraisīt sarežģītas mikrostrukturālas pārvērtības, kas ietekmē materiāla mehāniskās īpašības.
Ar lāzeru pārklātu slāņu mikrostrukturālās īpašības
1. Fāzes transformācijas
Ar lāzeru pārklātu slāņu mikrostrukturālā analīze atklāj dažādas fāzu transformācijas, kas notiek apšuvuma procesā. Ātrie dzesēšanas ātrumi, kas raksturīgi lāzera apšuvumam, var izraisīt dažādu fāžu veidošanos, salīdzinot ar tām, kas atrodamas beztaras materiālos. Galvenās transformācijas ietver:
Martensīta transformācija:Tērauda pārklājuma slāņos augsts dzesēšanas ātrums var izraisīt martensīta, cietas un trauslas fāzes veidošanos. Tas ir noderīgi lietojumiem, kuriem nepieciešama augsta nodilumizturība, taču var būt nepieciešama termiskā apstrāde pēc apšuvuma, lai mazinātu trauslumu.
Karbīda veidošanās:Sakausējumos, kas satur tādus elementus kā hroms, vanādijs vai molibdēns, lāzera apšuvums var izraisīt cietā karbīda fāžu nogulsnēšanos. Piemēram, tēraudos ar augstu hroma saturu hroma karbīdu veidošanās palielina nodilumizturību un cietību.
Cietā šķīduma stiprināšana:Leģējošu elementu šķīdība var izraisīt cietā šķīduma nostiprināšanos, kur tādu elementu kā oglekļa vai bora izšķīšana matricā uzlabo cietību un stiepes izturību.
2. Mikrostruktūras morfoloģija
Mikrostruktūras morfoloģiju ar lāzeru pārklātajos slāņos ietekmē termiskie cikli un dzesēšanas ātrumi. Kopējās mikrostrukturālās iezīmes ietver:
Kolonnu graudi:Virziena siltuma plūsmas dēļ apšuvuma laikā bieži veidojas kolonnveida graudi, īpaši veidošanās virzienā. Šie graudi var ietekmēt mehāniskās īpašības, piemēram, cietības un stiprības anizotropiju.
Dendrīta struktūras:Dažos apšuvumos slāņos, īpaši tajos, kuriem ir augsts dzesēšanas ātrums, var veidoties dendrīta struktūras. Tiem ir raksturīgi kokiem līdzīgi kristālu zari, kas ietekmē mehāniskās īpašības, piemēram, elastību un stingrību.
Smalki graudainas mikrostruktūras:Ātra dzesēšana var izraisīt arī smalkgraudainas mikrostruktūras, kurām parasti ir uzlabotas mehāniskās īpašības, tostarp lielāka cietība un labāka nodilumizturība.
Mikrostrukturālo īpašību ietekme uz mehāniskajām īpašībām
Ar lāzeru pārklātu slāņu mikrostrukturālās īpašības būtiski ietekmē to mehāniskās īpašības. Šo attiecību izpratne ir ļoti svarīga, lai optimizētu apvalkoto komponentu veiktspēju.
1. Cietība
Lāzera pārklājumu slāņu cietība ir cieši saistīta ar fāzes transformācijām un mikrostruktūras morfoloģiju. Piemēram, martensīta vai cieto karbīdu klātbūtne parasti rada augstākas cietības vērtības. Saskaņā ar Zhang et al pētījumu. (2020), ar lāzeru pārklāta augsta hroma tērauda cietība var sasniegt līdz 65 HRC, salīdzinot ar 45 HRC pamatmateriālam. Šis cietības pieaugums palielina nodilumizturību, bet var arī samazināt izturību.
2. Nodilumizturība
Lāzera pārklājumu slāņu nodilumizturība tiek uzlabota, veidojot cietās fāzes un smalkas mikrostruktūras. Piemēram, pētījumā par Co-Cr sakausējumiem, kas pārklāti ar lāzeru, nodiluma ātrums ir ievērojami zemāks nekā neapstrādātiem sakausējumiem, kas saistīts ar augsto cietību un cietā karbīda fāzu klātbūtni (Li et al., 2021). .
3. Stiepes izturība un elastība
Lai gan ir vēlama palielināta cietība un nodilumizturība, dažkārt tas var notikt uz stiepes izturības un elastības rēķina. Martensīta veidošanās un cieto fāžu klātbūtne var padarīt apvalkotos slāņus trauslākus. Piemēram, ar lāzeru pārklāta tērauda stiepes izturība var būt ievērojami augstāka nekā pamatmateriālam, taču to var pavadīt samazināta elastība (Wang et al., 2019). Lai līdzsvarotu šīs īpašības un uzlabotu stingrību, bieži tiek izmantota pēcapšuvuma termiskā apstrāde, piemēram, rūdīšana.
Mikrostrukturālās analīzes metodes
Lai pilnībā izprastu mikrostrukturālās īpašības un to ietekmi uz mehāniskajām īpašībām, tiek izmantotas vairākas analītiskās metodes:
1. Skenējošā elektronu mikroskopija (SEM)
SEM nodrošina augstas izšķirtspējas mikrostruktūras attēlus, ļaujot novērot fāzu transformācijas, graudu struktūras un dendritiskos modeļus. Tas ir vērtīgs instruments, lai pārbaudītu virsmas morfoloģiju un identificētu apšuvuma slānī esošās fāzes.
2. Rentgenstaru difrakcija (XRD)
XRD izmanto, lai noteiktu apvalkotā slāņa fāzes sastāvu. Analizējot difrakcijas modeļus, ir iespējams identificēt esošās kristāliskās fāzes un to relatīvās proporcijas. Šī informācija ir ļoti svarīga, lai izprastu fāzes transformācijas, kas notiek apšuvuma procesā.
3. Mikrocietības pārbaude
Mikrocietības pārbaude sniedz ieskatu cietības sadalījumā apšuvuma slānī. Mērot cietību dažādos punktos, ir iespējams novērtēt apšuvuma viendabīgumu un noteikt fāzes transformāciju vai mikrostruktūras īpatnību radītās variācijas.
Secinājums
Ar lāzeru pārklātu slāņu mikrostrukturālā analīze sniedz vērtīgu ieskatu apšuvuma materiālu fāzu transformācijās un mehāniskajās īpašībās. Izpratne par šīm attiecībām ir būtiska, lai optimizētu augstvērtīgu komponentu veiktspēju, kas pakļauta prasīgiem apstākļiem. Analītisko metožu attīstība un nepārtraukta izpēte vēl vairāk uzlabos mūsu spēju pielāgot lāzera pārklājumu slāņiem īpašiem lietojumiem, nodrošinot gan izturību, gan uzticamību.
Rezumējot, ar lāzeru pārklātu slāņu mikrostrukturālajām īpašībām, ieskaitot fāzes transformācijas un morfoloģiju, ir izšķiroša nozīme to mehānisko īpašību noteikšanā. Izmantojot progresīvas analītiskās metodes un izprotot pamatā esošos mehānismus, ir iespējams iegūt augstas veiktspējas apšuvuma slāņus, kas atbilst mūsdienu nozaru stingrajām prasībām.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. ir augsto tehnoloģiju uzņēmums, kas specializējas pētniecībā un attīstībā, automātisko lāzera apšuvuma iekārtu, ātrgaitas lāzera apšuvuma iekārtu, lāzera slāpēšanas iekārtu, lāzera metināšanas iekārtu un lāzera 3D drukas iekārtu ražošanā un pārdošanā. Mūsu produkti ir rentabli un tiek pārdoti gan iekšzemē, gan ārzemēs. Ja jūs interesē mūsu produkti, lūdzu, sazinieties ar mums pa bob@gshenglaser.com.