表面激光淬火作为 1538 MV 钢常规淬火和回火处理的替代方法
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作者:辉锐集团
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发布时间: 2021-05-31
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本文旨在通过研究经过表面激光淬火处理的 AISI 1538 MV 钢的摩擦学行为，鼓励使用激光处理作为一种环保技术，以改善金属材料的机械性能，而不是传统的淬火和回火技术。滑动磨损试验采用销盘法进行。为了确定磨损机制，通过扫描电子显微镜评估圆盘上的磨损表面，并通过光学显微镜观察球上的磨损疤痕。结果表明，与传统方法相比，激光处理使平均摩擦系数降低了25%，磨损率降低了60%，同时保持了磨损轨迹的深度和横截面和表面的硬度。
热处理涉及一系列旨在通过改变金属材料的初始晶体结构来提高其机械性能的过程。其中一种工艺是传统的淬火和回火 (CQT) 处理，用于增加预计能够承受高表面载荷的钢基机械部件的硬度。黑色金属材料常规淬火的基本原理是将工作材料加热到奥氏体化温度，然后突然冷却以获得马氏体相，这使机械部件具有高硬度和耐磨性。传统淬火的主要缺点之一是整个部件会发生相变，
已经开发了几种表面硬化技术并在汽车工业中常用的金属上进行了测试，以制造齿轮、阀门、链轮、凸轮、齿轮箱、曲轴和汽缸套等。使用这些技术，已经产生了不同的硬化层厚度，例如，感应加热处理可以在 AISI 1045 钢上产生高达 3 毫米厚的硬化层 ，等离子弧熔化可以在 45 钢上产生 50 微米的硬化层 ，以及 Telasang 等人报道的激光淬火 (LQ)。可以产生400 μ H13钢的表面[根据米硬化层。虽然感应加热会产生较厚的层，但只有激光表面硬化才能产生复杂几何形状的均匀层，因此因其潜在的工业用途而受到研究的关注。
激光表面硬化是自1970年代以来一直使用和研究的技术。然而，工业应用的研究大多使用功率密度为 10 3至 10 5 W/cm 2 的CO 2激光器进行。2004 年，Kennedy 报告说，由于功率密度的增加和与高功率二极管激光器的发展相关的激光器成本的降低，激光表面硬化可能是一种可以在工业规模上应用的技术。
尽管激光表面硬化是一项不断发展的技术，但诸如表面形态变化和表面微观结构的不均匀性之类的问题仍然持续。这些问题的主要原因是该技术中涉及的大量参数，例如峰值温度、加热和冷却速率，以及缺乏有关微观结构随时间演变的信息。Farshidianfar 最近提出了一种方法，通过使用基于红外的热成像系统的实时热监测来控制表面 LQ 过程中的微观结构和几何形状 。该技术降低了所获得特性的均匀性的不确定性。其他研究试图通过研究激光功率和激光扫描速度对 AISI 低碳钢的微观结构、硬化深度和表面硬度的影响 并通过验证二极管的使用来提高激光表面硬化的可靠性激光代替 CO 2激光来硬化 AISI 1040 中碳钢 。
大多数研究人员认为，只有激光参数会影响适当硬化层的形成；然而，勇等人。已经证明，在实际制造过程中，通过研究非调质 1538 MV 钢的微观结构和性能的演变，制造技术也起着重要作用。使用由锻造工艺生产的曲轴，他们证明锻造温度和冷却过程直接影响锻造后沉淀物的尺寸和分散 。如果改变这种钢的硬度，那么它的疲劳极限也会改变，正如 Li 等人报道的那样。
尽管已经对多种类型的钢进行了许多激光表面硬化研究，但据我们所知，没有一项研究旨在比较激光处理样品的摩擦学性能与常规技术处理的样品的摩擦学性能，以了解激光处理的部件在多大程度上是可靠的。避免传统淬火的主要动机是硬化整个零件所需的大量能量。这项工作比较了 1538 MV 钢的摩擦学行为，1538 MV 钢被选为汽车工业中使用的代表性材料，经受 LQ 和 CQT。研究的变量包括摩擦系数、耐磨性、晶粒形态和硬度。
苏公网安备 32011302320467号
