लेझर शमन तंत्रज्ञानासाठी योग्य असलेल्या सामग्रीचे प्रकार आणि वैशिष्ट्यांचे विश्लेषण

१. लोह धातूंचे साहित्य (सध्याचा सर्वात प्रचलित वापर)

१. मध्यम आणि उच्च कार्बन स्टील (कार्बनचे प्रमाण ०.३%~०.८%), ठराविक साहित्य:

४५ स्टील (उच्च-गुणवत्तेचे मध्यम-कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील), ज्याला JIS मानके, ASTM 1045/080M46 आणि DIN C45 मध्ये S45C असे संबोधले जाते, हे एक प्रीमियम कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील आहे, ज्याची रासायनिक रचना खालीलप्रमाणे आहे: ०.४२-०.५०% कार्बन (C), ०.१७-०.३७% सिलिकॉन (Si), ०.५०-०.८०% मॅंगनीज (Mn), आणि ≤०.२५% क्रोमियम (Cr). हे बहुपयोगी मटेरियल उत्कृष्ट कोल्ड/हॉट वर्कॅबिलिटी, उत्तम यांत्रिक गुणधर्म, किफायतशीरपणा आणि व्यापक उपलब्धता दर्शवते, ज्यामुळे त्याचा औद्योगिक उपयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापर होतो. तथापि, त्याची मुख्य मर्यादा कमी हार्डनॅबिलिटीमध्ये आहे, ज्यामुळे मोठ्या क्रॉस-सेक्शनल परिमाणांची किंवा उच्च अचूकतेच्या मानकांची आवश्यकता असलेल्या घटकांच्या निर्मितीसाठी ते अयोग्य ठरते.

टी८ स्टील: हा एक युटेक्टॉइड कार्बन टूल स्टील आहे, जो क्वेंचिंग आणि टेम्परिंगनंतर उच्च कठीणता आणि झीज-प्रतिरोध दर्शवतो. तथापि, यात कमी हॉट हार्डनेबिलिटी, खराब हार्डनेबिलिटी आणि मशिनिंग दरम्यान अतिउष्णतेमुळे होणाऱ्या विरूपणाची शक्यता यांसारख्या मर्यादा आहेत. हे मटेरियल GB/T 1298 सिरीजच्या मानकांचे पालन करते, ज्यात कार्बनचे प्रमाण 0.75% ते 0.84% ​​दरम्यान असते, ज्यामुळे ते साध्या आकाराचे कोल्ड-फॉर्मिंग डाय आणि कटिंग टूल्सच्या निर्मितीसाठी योग्य ठरते. क्वेंचिंग प्रक्रियेसाठी 780-800℃°C तापमानावर वॉटर कूलिंगची आवश्यकता असते, तर 250℃°C पेक्षा जास्त तापमानावर टेम्परिंग केल्याने आकारमानाची स्थिरता सुनिश्चित होते. तथापि, ज्या ॲप्लिकेशन्समध्ये इम्पॅक्ट लोड रेझिस्टन्सची आवश्यकता असते, त्यांच्यासाठी याची शिफारस केली जात नाही.

६५एमएन स्टील: उष्णता प्रक्रिया आणि कोल्ड ड्रॉइंग हार्डनिंगनंतर उच्च शक्ती असलेले स्प्रिंग स्टील उत्पादन, जे चांगली लवचिकता आणि प्लॅस्टिसिटी प्रदान करते. समान पृष्ठभागाच्या परिस्थितीत आणि पूर्ण हार्डनिंग झाल्यावर, त्याची फटीग लिमिट पाच-रंगी मिश्रधातूच्या स्प्रिंगच्या बरोबरीची असते. तथापि, कमी हार्डनेबिलिटीमुळे, याचा उपयोग प्रामुख्याने लहान आकाराच्या स्प्रिंगसाठी केला जातो, जसे की दाब-समायोजित/गती-नियमन करणाऱ्या स्प्रिंग, बल-मापन करणाऱ्या स्प्रिंग, सामान्य यांत्रिक गोलाकार/आयताकार हेलिकल स्प्रिंग, किंवा लहान यंत्रसामग्रीसाठी वायर-ड्रॉन स्टील स्प्रिंग. हार्डनिंगचा परिणाम: पृष्ठभागाची कठोरता ५५-६५ HRC पर्यंत पोहोचते आणि कठीण थराची जाडी ०.२~१.५ मिमी असते, ज्यात एकसमान मार्टेन्सिटिक रचना असते आणि झीज प्रतिरोधक क्षमता लक्षणीयरीत्या सुधारते (उदा. क्वेंचिंगनंतर ४५ स्टीलचे आयुष्य ४-६ पटीने वाढते). गीअर्स, पिन आणि शाफ्टच्या घटकांसाठी उपयुक्त. कार्यप्रणाली: पुरेशा कार्बनच्या प्रमाणामुळे भरपूर मार्टेन्साइट तयार होते, जे जलद लेझर हीटिंग दरम्यान पूर्ण ऑस्टेनायझेशनमधून जाते आणि सेल्फ-कूलिंग क्वेंचिंगद्वारे पूर्ण फेज ट्रान्सफॉर्मेशन साध्य करते.

२. मिश्र संरचनात्मक पोलाद (Cr, Ni, Mo आणि इतर मूलद्रव्ये मिसळलेली), ठराविक सामग्री:

४० कोटी: (GB3077 मध्ये परिभाषित केल्यानुसार, 40Cr हे "मिश्रधातू संरचनात्मक पोलाद" या श्रेणीत येते. या पोलादामध्ये 0.37%-0.44% कार्बन असतो, जो 45 स्टीलपेक्षा किंचित कमी आहे, तर सिलिकॉन (Si) आणि मँगनीज (Mn) चे प्रमाण तुलनीय असते. यामध्ये 0.80%-1.10% क्रोमियम (Cr) असतो. हॉट-रोल्ड ॲप्लिकेशन्समध्ये, हे 1% क्रोमियमचे प्रमाण मूलतः अप्रभावी ठरते, कारण दोन्ही ग्रेड समान यांत्रिक गुणधर्म दर्शवतात. 40Cr ची किंमत 45 स्टीलच्या जवळपास निम्मी असल्याने, शक्य असेल तेव्हा आर्थिक विचारांमुळे अनेकदा त्याऐवजी 45 स्टीलचा वापर केला जातो.)

३५CrMo: 35CrMo हा मिश्र संरचनात्मक पोलादासाठी (मिश्र शमन आणि तापन केलेले पोलाद) एक विनिर्देश कोड आहे, जो जर्मन मानक 1.7220, ब्रिटिश मानक 708A37, फ्रेंच मानक 35CD4 इत्यादींशी सुसंगत असून GB/T 3077-2015 चे पालन करतो. यात 0.72% कार्बन समतुल्य असून, याची वेल्डिंगक्षमता कमी असल्यामुळे पूर्व-तापमानवाढीच्या उपायांची आवश्यकता असते. हे पोलाद उच्च स्थिर शक्ती आणि आघात सहनशीलता दर्शवते, ज्याची तन्य शक्ती ≥985MPa आणि उत्पन्न शक्ती ≥835MPa आहे, आणि ते 500℃ पर्यंतच्या दीर्घकालीन कार्यकारी तापमानाला तोंड देण्यास सक्षम आहे. हे रोलिंग मिल्समध्ये गिअरबॉक्सेस, क्रँकशाफ्ट, कनेक्टिंग रॉड्स आणि स्टीम टर्बाइन स्पिंडल्स यांसारखे उच्च-भाराचे यांत्रिक घटक तयार करण्यासाठी योग्य आहे.

२०CrMnTi: ०.१७% ते ०.२४% कार्बन असलेले कार्ब्युराइज्ड स्टील, जे सामान्यतः वाहननिर्मितीमध्ये ट्रान्समिशन गिअर्ससाठी वापरले जाते. मध्यम-कठिनीकरण कार्ब्युराइज्ड स्टील (Cr-Mn-Ti) असल्याने, ते उच्च निम्न-तापमान आघात कणखरता टिकवून ठेवताना अपवादात्मक कठिनीकरणक्षमता दर्शवते. विशेषतः पृष्ठभागाच्या कार्ब्युरायझेशन कठिनीकरणासाठी तयार केलेले, हे स्टील कमीतकमी विरूपणासह उत्कृष्ट मशिनिबिलिटी आणि विलक्षण थकवा प्रतिरोध दर्शवते. याच्या मुख्य उपयोगांमध्ये ऑटोमोबाईल्स आणि विमानांसाठी शाफ्टचे घटक, पिस्टनचे भाग आणि विशेष घटकांच्या निर्मितीचा समावेश आहे.

शमन प्रभाव: कठोरता 60~70 HRC पर्यंत पोहोचू शकते, कठोर थराची जाडी 0.3~2mm असते, मिश्रधातू घटक कठोरता वाढवण्याची क्षमता आणि गंज प्रतिरोधकता सुधारतात (जसे की 35CrMo गिअरची शमन केल्यानंतर थकवा शक्ती 30% ने वाढते).

टीप: मिश्रधातूचे प्रमाण जास्त असल्यामुळे लेझर शोषणाचा दर कमी होऊ शकतो, म्हणून ब्लॅकनिंग ट्रीटमेंट (जसे की फॉस्फेटिंग आणि कोटिंग) द्वारे ऊर्जा शोषण कार्यक्षमता वाढवणे आवश्यक आहे.

३. कास्ट आयर्न (ग्रे कास्ट आयर्न, डक्टाइल कास्ट आयर्न), ठराविक साहित्य:

एचटी३००: हा पर्लाइट प्रकारचा उच्च शक्तीचा राखाडी ओतीव लोखंड आहे, जो राष्ट्रीय मानक GB 9439-88 चे पालन करतो, त्याच्या नावात "HT" हे राखाडी ओतीव लोखंड दर्शवते, "300" हे सूचित करते की 30 मिमी व्यासाच्या चाचणी रॉडची किमान तन्य शक्ती 300MPa आहे.

क्यूटी६००-३: QT600-3 हे पर्लाइटिक बॉडी डक्टाइल आयर्न आहे, ज्यात मध्यम आणि उच्च शक्ती, मध्यम कणखरपणा आणि लवचिकता, उच्च सर्वसमावेशक कार्यक्षमता, चांगला झीज-प्रतिरोध आणि कंपन-शमन, तसेच उत्तम कास्टिंग प्रक्रियेची वैशिष्ट्ये आहेत. विविध उष्णता उपचारांद्वारे याचे गुणधर्म बदलता येतात.

शमन प्रभाव: पृष्ठभागाची कठोरता 45~55 HRC पर्यंत पोहोचू शकते, कठोर झालेल्या थराची जाडी 0.1~0.8 मिमी असते आणि ग्रॅफाइट फेजच्या सभोवताली मार्टेन्साइट + अवशिष्ट ऑस्टेनाइट संरचना तयार होते, ज्यामुळे घर्षण-विरोधी क्षमता वाढते (उदाहरणार्थ, क्वेंचिंगनंतर मशीन टूल गाइड रेलचा घर्षण गुणांक 20% ने कमी होतो).

II. अलौह धातू आणि त्यांचे संमिश्र (उदयोन्मुख अनुप्रयोग क्षेत्रे)

१. टायटॅनियम मिश्रधातू (Ti-6Al-4V, इत्यादी)

टायटॅनियम मिश्रधातू म्हणजे टायटॅनियम आणि इतर धातूंपासून बनवलेल्या विविध मिश्रधातूंचा समूह होय. टायटॅनियम हा १९५० च्या दशकात विकसित झालेला एक महत्त्वाचा संरचनात्मक धातू आहे. टायटॅनियम मिश्रधातूमध्ये मजबुती, क्षरणरोधकता आणि उच्च उष्णतारोधकता हे गुणधर्म असतात.

कठिनीकरणाची वैशिष्ट्ये: लेझर हीटिंगमुळे पृष्ठभागावर सुपरसॅचुरेटेड मार्टेन्साइट तयार होण्यास प्रोत्साहन मिळते आणि चांगली कणखरता टिकवून ठेवताना कठीणपणा 300 HV वरून 500~600 HV पर्यंत वाढतो (एरो-इंजिन ब्लेडच्या मजबुतीकरणासाठी योग्य).

  तांत्रिक अडचण: टायटॅनियम मिश्रधातूमध्ये उच्च लेझर परावर्तनक्षमता (सुमारे ७०%) असते, त्यामुळे पृष्ठभागावर पूर्व-उपचार (जसे की सँडब्लास्टिंग) किंवा अल्ट्राव्हायोलेट लेझर (तरंगलांबी ३५५nm, परावर्तनक्षमता ३०% पेक्षा कमी) वापरला पाहिजे.

२. अॅल्युमिनियम मिश्रधातू (२xxx मालिका, ७xxx मालिका)

हा एक ॲल्युमिनियम-आधारित मिश्रधातू पदार्थ आहे, ज्यामध्ये तांबे, सिलिकॉन, मॅग्नेशियम, जस्त आणि मँगनीज यांसारखे अतिरिक्त घटक समाविष्ट असतात. घटकांच्या गुणोत्तरांमध्ये बदल करून, यातून 1XXX ते 8XXX श्रेणी तयार होते, ज्यामध्ये औद्योगिक शुद्ध ॲल्युमिनियम आणि ॲल्युमिनियम-तांबे मिश्रधातूंचा समावेश होतो. याची अवस्था संकेत प्रणाली F (फ्री मशिनिंग) आणि O (ॲनीलिंग) या पाच मूलभूत अवस्थांवर आधारित आहे, आणि T6 सारख्या तपशीलवार संकेतांमुळे मजबुती व क्षरण-प्रतिरोधक गुणधर्मांवर अचूक नियंत्रण ठेवता येते.

शमन यंत्रणा: लेसरच्या जलद तापनाने सॉलिड सोल्यूशन स्ट्रेंग्थनिंग साधले जाते आणि स्व-शीतलीकरणानंतर मेटास्टेबल अवक्षेपित टप्पा तयार होतो (उदाहरणार्थ, 7075 ॲल्युमिनियम मिश्रधातूची कडकपणा क्वेंचिंगनंतर 150 HV वरून 220 HV पर्यंत वाढतो).

अनुप्रयोगाच्या मर्यादा: ॲल्युमिनियम मिश्रधातूमध्ये उच्च औष्णिक वाहकता असते (औष्णिक वाहकता सुमारे 200 W/m K), उष्णता देण्याची कार्यक्षमता सुनिश्चित करण्यासाठी उच्च शक्तीच्या लेसरची (≥2 kW) आवश्यकता असते आणि त्यामुळे औष्णिक ताणामुळे विकृती निर्माण होणे सोपे असते.

३. कथिलाचे मिश्रधातू (पितळ, कांस्य)

हा शुद्ध तांब्यामध्ये एक किंवा अधिक अतिरिक्त घटक मिसळून बनलेला एक संमिश्र आहे. उपयोग: झीज-प्रतिरोधक घटकांचे (उदा., बेअरिंग्ज, व्हॉल्व्ह) पृष्ठभाग कठीण करणे. लेझर क्वेंचिंगनंतर, पृष्ठभागावर एक नॅनोक्रिस्टलाइन संरचना तयार होते, ज्यामुळे कठीणपणा १५% ते ३०% ने वाढतो. तथापि, तांब्याच्या मॅट्रिक्सला मऊ होण्यापासून रोखण्यासाठी तापवण्याचे तापमान नियंत्रित करणे आवश्यक आहे.

III. विशेष कार्यात्मक साहित्य

१. पावडर मेटलर्जी मटेरियल्स (उदा., लोह-आधारित आणि तांबे-आधारित पावडर मेटलर्जिकल घटक) फायदे: सच्छिद्र रचनेमुळे वंगण तेल साठवता येते आणि लेझर क्वेंचिंगनंतर पृष्ठभाग अधिक घन होतो. कठीणपणा २०-३० HRC पासून ५०-५५ HRC पर्यंत वाढतो, ज्यामुळे ते स्व-वंगण बेअरिंगसाठी योग्य ठरतात.

२. पृष्ठभाग लेपन साहित्य (उदा., थर्मल स्प्रे कोटिंग्ज आणि क्लॅडिंग थर) ठराविक उपयोग: कार्बन स्टीलच्या पृष्ठभागावर फवारलेल्या WC-Co कोटिंग्जचे लेझर क्वेंचिंग केल्यानंतर, "मार्टेन्साइट मॅट्रिक्स + सिमेंटेड कार्बाइड फेज" ही संयुक्त रचना तयार होते, ज्यामुळे १००० HV पेक्षा जास्त कठीणपणा प्राप्त होतो. हे साहित्य खाणकाम यंत्रसामग्रीच्या झीज-प्रतिरोधक घटकांमध्ये वापरले जाते.

IV. लेझर शमनासाठी अयोग्य सामग्री

कमी-कार्बन पोलाद (कार्बनचे प्रमाण कार्बनचे प्रमाण अपुरे असल्यामुळे, मार्टेन्सिटिक रूपांतरण नगण्य होते, परिणामी कठिनीकरणाचा प्रभाव कमी असतो (कठिनतेत वाढ

शुद्ध ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील (उदा., 316L): मार्टेन्सिटिक रूपांतरण क्षमतेचा अभाव असतो. लेझर हीटिंगमुळे केवळ वर्क हार्डनिंग होते आणि कठीणपणामध्ये मर्यादित सुधारणा (अंदाजे १५% - २०%) होते.