Análise de tipos e características de materiais axeitados para a tecnoloxía de temperado láser

I. Materiais metálicos ferrosos (actualmente a aplicación máis común)

1. Aceiro de carbono medio e alto (contido de carbono 0,3% ~ 0,8%), materiais típicos:

45 aceiro (aceiro estrutural de carbono medio de alta calidade), designado como S45C nas normas JIS, ASTM 1045/080M46 e DIN C45, é un aceiro estrutural de carbono de primeira calidade coa seguinte composición química: 0,42-0,50 % de carbono (C), 0,17-0,37 % de silicio (Si), 0,50-0,80 % de manganeso (Mn) e ≤0,25 % de cromo (Cr). Este material versátil demostra unha excelente traballabilidade en frío/quente, propiedades mecánicas superiores, rendibilidade e ampla dispoñibilidade, o que o fai amplamente utilizado en aplicacións industriais. Non obstante, a súa principal limitación reside na baixa templabilidade, o que o fai inadecuado para a fabricación de compoñentes que requiren grandes dimensións de sección transversal ou estándares de alta precisión.

Aceiro T8: Un aceiro para ferramentas de carbono eutectoide que presenta unha alta dureza e resistencia ao desgaste despois do temple e o revenido, aínda que ten limitacións, como unha baixa templabilidade en quente, unha templabilidade deficiente e unha susceptibilidade á deformación por sobrequecemento durante o mecanizado. Este material cumpre coas normas da serie GB/T 1298, e contén un contido de carbono entre o 0,75 % e o 0,84 %, o que o fai axeitado para a fabricación de matrices de conformado en frío e ferramentas de corte de formas simples. O proceso de temple require arrefriamento por auga a 780-800 ℃, mentres que o revenido por riba dos 250 ℃ garante a estabilidade dimensional. Non obstante, non se recomenda para aplicacións que requiran resistencia á carga de impacto.

Aceiro 65Mn: Un produto de aceiro para resortes con alta resistencia despois do tratamento térmico e o endurecemento en frío, que ofrece boa flexibilidade e plasticidade. En condicións superficiais idénticas e endurecemento completo, o seu límite de fatiga coincide co dos resortes de aliaxe de cinco cores. Non obstante, debido á baixa templabilidade, úsase principalmente para resortes de pequeno tamaño, como resortes de axuste de presión/regulación de velocidade, resortes de medición de forza, resortes helicoidais circulares/rectangulares mecánicos xerais ou resortes de aceiro estirado para maquinaria pequena. Efecto de endurecemento: A dureza superficial alcanza os 55-65 HRC cunha profundidade de capa endurecida de 0,2~1,5 mm, presentando unha estrutura martensítica uniforme e unha resistencia ao desgaste significativamente mellorada (por exemplo, a vida útil do aceiro 45 aumenta de 4 a 6 veces despois do temple). Apto para engrenaxes, pasadores e compoñentes do eixe. Mecanismo: Un contido de carbono suficiente forma abundante martensita, que sofre unha austenitización completa durante o quecemento rápido con láser e consegue unha transformación de fase completa mediante o temple por autorrefrixeración.

2. Aceiro estrutural de aliaxe (engadir Cr, Ni, Mo e outros elementos), materiais típicos:

40Cr: (O aceiro 40Cr entra na categoría de "aceiro estrutural de aliaxe" segundo a definición do GB3077. Este aceiro contén entre un 0,37 % e un 0,44 % de carbono, lixeiramente menos que o aceiro 45, cun contido comparable de Si e Mn. Contén entre un 0,80 % e un 1,10 % de Cr. En aplicacións laminadas en quente, este contido do 1 % de Cr é esencialmente ineficaz, xa que ambas as calidades presentan propiedades mecánicas similares. Dado que o aceiro 40Cr custa aproximadamente a metade do aceiro 45, as consideracións económicas adoitan levar a usar aceiro 45 cando sexa posible.

35CrMo: 35CrMo é un código de especificación para o aceiro estrutural de aliaxe (aceiro de aliaxe temperado e revenido), correspondente á norma alemá 1.7220, á norma británica 708A37, á norma francesa 35CD4, etc., e conforme á norma GB/T 3077-2015. Ten un equivalente en carbono do 0,72 % e unha soldabilidade deficiente que require medidas de prequecemento. Este aceiro presenta unha alta resistencia estática e tenacidade ao impacto, cunha resistencia á tracción ≥985 MPa e un límite elástico ≥835 MPa, capaz de soportar temperaturas de funcionamento a longo prazo de ata 500 ℃. É axeitado para a fabricación de compoñentes mecánicos de alta carga como caixas de cambios, veolargas, bielas e fusos de turbinas de vapor en laminadores.

20CrMnTi: Un aceiro carburado cun contido de carbono do 0,17 % ao 0,24 %, que se emprega habitualmente na fabricación de automóbiles para engrenaxes de transmisión. Como aceiro carburado de endurecemento medio (Cr-Mn-Ti), demostra unha templabilidade excepcional, mantendo ao mesmo tempo unha alta tenacidade ao impacto a baixa temperatura. Deseñado especificamente para o endurecemento por carburación superficial, este aceiro presenta unha excelente maquinabilidade cunha deformación mínima e unha resistencia á fatiga excepcional. As súas principais aplicacións inclúen a fabricación de compoñentes de eixes, pezas de pistóns e compoñentes especializados para automóbiles e aeronaves.

Efecto de extinción: A dureza pode alcanzar os 60~70 HRC, a profundidade da capa endurecida é de 0,3~2 mm, os elementos de aliaxe melloran a templabilidade e a resistencia á corrosión (como a engrenaxe 35CrMo despois do temple, a resistencia á fatiga aumenta nun 30%).

Nota: O alto contido de aliaxe pode reducir a taxa de absorción do láser, polo que é necesario mellorar a eficiencia de absorción de enerxía mediante un tratamento de ennegrecemento (como a fosfatación e o revestimento).

3. Ferro fundido (ferro fundido gris, ferro fundido dúctil), materiais típicos:

HT300: é un tipo de perlita de ferro fundido gris de alta resistencia, que implementa a norma nacional GB 9439-88, o seu nome "HT" representa o ferro fundido gris, "300" indica que a resistencia mínima á tracción dunha varilla de proba de 30 mm de diámetro é de 300 MPa.

QT600-3: O QT600-3 é un ferro dúctil de corpo perlítico, con resistencia media e alta, tenacidade e plasticidade medias, alto rendemento integral, boa resistencia ao desgaste e amortiguación de vibracións, boas características do proceso de fundición. Pode cambiar as súas propiedades mediante varios tratamentos térmicos.

Efecto de extinción: A dureza superficial pode alcanzar os 45~55 HRC, a profundidade da capa endurecida de 0,1~0,8 mm e a estrutura de martensita + austenita residual fórmase arredor da fase de grafito, o que mellora a capacidade anti-rebarbaxe (por exemplo, o coeficiente de fricción do carril guía da máquina-ferramenta despois do temple redúcese nun 20%).

II. Metais non ferrosos e as súas aliaxes (campos de aplicación emerxentes)

1. Ligazón de titanio (Ti-6Al-4V, etc.)

A aliaxe de titanio refírese a unha variedade de aliaxes feitas con titanio e outros metais. O titanio é un importante metal estrutural desenvolvido na década de 1950, pola súa forza, resistencia á corrosión e alta resistencia á calor.

Características de endurecemento: O quentamento por láser promove a formación de martensita sobresaturada na superficie e a dureza aumenta de 300 HV a 500~600 HV, mantendo ao mesmo tempo unha boa tenacidade (adecuada para o reforzo de pás de motores aeronáuticos).

  Dificultade técnica: A aliaxe de titanio ten unha alta reflectividade láser (arredor do 70%), polo que se debe usar un pretratamento superficial (como o chorro de area) ou un láser ultravioleta (lonxitude de onda de 355 nm, reflectividade inferior ao 30%).

2. Aliaxe de aluminio (serie 2xxx, serie 7xxx)

Este é un material de aliaxe a base de aluminio que contén elementos engadidos como cobre, silicio, magnesio, cinc e manganeso. Mediante axustes da proporción de elementos, forma a serie 1XXX a 8XXX que abrangue o aluminio puro industrial e as aliaxes de aluminio-cobre. O seu sistema de códigos de estado baséase en cinco estados fundamentais, incluíndo F (mecanizado libre) e O (recocido), con códigos detallados como T6 que permiten un control preciso das propiedades de resistencia á corrosión e resistencia á resistencia.

Mecanismo de extinción: O fortalecemento da solución sólida conséguese mediante o quecemento rápido do láser e a fase precipitada metaestable fórmase despois do autoarrefriamento (por exemplo, a dureza da aliaxe de aluminio 7075 aumenta de 150 HV a 220 HV despois do arrefriamento).

Limitacións da aplicación: A aliaxe de aluminio ten unha forte condutividade térmica (a condutividade térmica é duns 200 W/m K), requírese un láser de alta potencia (≥2 kW) para garantir a eficiencia do quecemento e é doado producir deformación por tensión térmica.

3. Aliaxes de estaño (latón, bronce)

Trátase dunha aliaxe composta de cobre puro cun ou máis elementos adicionais. Aplicacións: Endurecemento superficial de compoñentes resistentes ao desgaste (por exemplo, rolamentos, válvulas). Despois do temple por láser, a superficie forma unha estrutura nanocristalina, o que aumenta a dureza entre un 15 % e un 30 %. Non obstante, a temperatura de quecemento debe controlarse para evitar o abrandamento da matriz de cobre.

III. Materiais funcionais especiais

1. Materiais de metalurxia en po (por exemplo, compoñentes de metalurxia en po a base de ferro e cobre) Vantaxes: A estrutura porosa pode almacenar aceite lubricante, e a superficie vólvese máis densa despois do temple por láser. A dureza aumenta de 20-30 HRC a 50-55 HRC, o que os fai axeitados para rolamentos autolubricantes.

2. Materiais de revestimento superficial (por exemplo, revestimentos por pulverización térmica e capas de revestimento) Aplicacións típicas: Despois do temple por láser de revestimentos de WC-Co pulverizados sobre superficies de aceiro ao carbono, fórmase unha estrutura composta de "matriz de martensita + fase de carburo cementado", que consegue unha dureza superior a 1000 HV. Estes materiais utilízanse en compoñentes resistentes ao desgaste da maquinaria mineira.

IV. Materiais inadecuados para o temple láser

Aceiro baixo en carbono (contido de carbono Debido ao contido insuficiente de carbono, a transformación martensítica é mínima, o que resulta en efectos de endurecemento deficientes (aumento da dureza

Aceiro inoxidable austenítico puro (por exemplo, 316L): Carece de capacidade de transformación martensítica. O quecemento por láser só provoca endurecemento por deformación cunha mellora limitada da dureza (aproximadamente do 15 % ao 20 %).