Analiza e llojeve dhe karakteristikave të materialeve të përshtatshme për teknologjinë e shuarjes me lazer

I. Materialet metalike me ngjyra (aktualisht aplikimi më i zakonshëm)

1. Çelik me karbon të mesëm dhe të lartë (përmbajtje karboni 0.3%~0.8%), materiale tipike:

45 çelik (çelik strukturor me karbon të mesëm me cilësi të lartë), i përcaktuar si S45C në standardet JIS, ASTM 1045/080M46 dhe DIN C45, është një çelik strukturor me karbon të cilësisë së lartë me përbërjen kimike të mëposhtme: 0.42-0.50% karbon (C), 0.17-0.37% silic (Si), 0.50-0.80% mangan (Mn) dhe ≤0.25% krom (Cr). Ky material i gjithanshëm demonstron përpunim të shkëlqyer në të ftohtë/të nxehtë, veti mekanike superiore, efektivitet të kostos dhe disponueshmëri të gjerë, duke e bërë atë të përdorur gjerësisht në aplikimet industriale. Megjithatë, kufizimi i tij kryesor qëndron në ngurtësimin e ulët, duke e bërë atë të papërshtatshëm për prodhimin e komponentëve që kërkojnë dimensione të mëdha të prerjes tërthore ose standarde të larta precizioni.

Çelik T8: Një çelik karboni eutektoid për vegla që shfaq fortësi të lartë dhe rezistencë ndaj konsumimit pas shuarjes dhe temperimit, megjithëse ka kufizime duke përfshirë fortësi të ulët në të nxehtë, fortësi të dobët dhe ndjeshmëri ndaj deformimit të mbinxehjes gjatë përpunimit. Ky material përputhet me standardet e serisë GB/T 1298, duke përmbajtur përmbajtje karboni midis 0.75% dhe 0.84%, duke e bërë atë të përshtatshëm për prodhimin e matricave të thjeshta për formësim të ftohtë dhe veglave prerëse. Procesi i shuarjes kërkon ftohje me ujë në 780-800℃°C, ndërsa temperimi mbi 250℃°C siguron stabilitet dimensional. Megjithatë, nuk rekomandohet për aplikime që kërkojnë rezistencë ndaj ngarkesës së goditjes.

Çelik 65Mn: Një produkt çeliku me sustë me rezistencë të lartë pas trajtimit termik dhe forcimit me tërheqje të ftohtë, duke ofruar fleksibilitet dhe plasticitet të mirë. Nën kushte identike sipërfaqësore dhe forcim të plotë, kufiri i lodhjes së tij përputhet me atë të sustave të aliazhit me pesë ngjyra. Megjithatë, për shkak të ngurtësimit të dobët, përdoret kryesisht për susta të vogla, siç janë sustat që rregullojnë presionin/shpejtësinë, sustat që matin forcën, sustat helikoidale rrethore/drejtkëndëshe mekanike të përgjithshme ose sustat e çelikut të tërhequr me tel për makineri të vogla. Efekti i Forcimit: Fortësia sipërfaqësore arrin 55-65 HRC me një thellësi shtrese të ngurtësuar 0.2~1.5 mm, duke shfaqur strukturë uniforme martensitike dhe rezistencë të përmirësuar ndjeshëm ndaj konsumimit (p.sh., jeta e konsumimit të çelikut 45 rritet 4-6 herë pas shuarjes). I përshtatshëm për ingranazhe, kunja dhe përbërës boshtesh. Mekanizmi: Përmbajtja e mjaftueshme e karbonit formon martensit të bollshëm, i cili i nënshtrohet austenitizimit të plotë gjatë ngrohjes së shpejtë me lazer dhe arrin transformim të plotë të fazës përmes shuarjes me vetëftohje.

2. Çelik strukturor i lidhur (shtoni Cr, Ni, Mo dhe elementë të tjerë), materiale tipike:

40Cr: (40Cr bie nën kategorinë e "çelikut strukturor të lidhur" siç përcaktohet në GB3077. Ky çelik përmban 0.37%-0.44% karbon, pak më të ulët se çeliku 45, me përmbajtje të krahasueshme Si dhe Mn. Ai përmban 0.80%-1.10% Cr. Në aplikimet e petëzuara në të nxehtë, kjo përmbajtje prej 1% Cr është në thelb joefektive, pasi të dy klasat demonstrojnë veti mekanike të ngjashme. Duke pasur parasysh që 40Cr kushton rreth gjysma e çmimit të çelikut 45, konsideratat ekonomike shpesh çojnë në përdorimin e çelikut 45 në vend të tij kur është e mundur.)

35CrMo: 35CrMo është një kod specifikimi për çelikun strukturor të lidhur (çelik i shuar dhe i temperuar i lidhur), që korrespondon me standardin gjerman 1.7220, standardin britanik 708A37, standardin francez 35CD4, etj., në përputhje me GB/T 3077-2015. Ka një ekuivalent karboni prej 0.72%, saldueshmëri të dobët që kërkon masa paraprake ngrohjeje. Ky çelik shfaq rezistencë të lartë statike dhe rezistencë ndaj goditjes, me rezistencë në tërheqje ≥985MPa dhe rezistencë në rrjedhshmëri ≥835MPa, i aftë të përballojë temperaturat e funksionimit afatgjatë deri në 500℃. Është i përshtatshëm për prodhimin e komponentëve mekanikë me ngarkesë të lartë, siç janë kutitë e shpejtësisë, boshtet e boshtit, shufrat lidhëse dhe boshtet e turbinave me avull në mullinjtë e petëzimit.

20CrMnTi: Një çelik i karbonizuar me një përmbajtje karboni prej 0.17%-0.24%, që përdoret zakonisht në prodhimin e automobilave për ingranazhet e transmisionit. Si çelik i karbonizuar me ngurtësim të mesëm (Cr-Mn-Ti), ai tregon ngurtësim të jashtëzakonshëm duke ruajtur rezistencë të lartë ndaj ndikimit në temperatura të ulëta. I projektuar posaçërisht për ngurtësim sipërfaqësor me karbonizim, ky çelik shfaq përpunim të shkëlqyer me deformim minimal dhe rezistencë të jashtëzakonshme ndaj lodhjes. Zbatimet e tij kryesore përfshijnë prodhimin e komponentëve të boshtit, pjesëve të pistonit dhe komponentëve të specializuar për automobila dhe aeroplanë.

Efekti i shuarjes: Fortësia mund të arrijë 60~70 HRC, thellësia e shtresës së ngurtësuar 0.3~2 mm, elementët e aliazhit përmirësojnë fortësinë dhe rezistencën ndaj korrozionit (siç është ingranazhi 35CrMo pas shuarjes, forca e lodhjes rritet me 30%).

Shënim: Përmbajtja e lartë e aliazhit mund të ulë shkallën e thithjes së lazerit, prandaj është e nevojshme të rritet efikasiteti i thithjes së energjisë përmes trajtimit të nxirjes (siç është fosfatimi dhe veshja).

3. Gizë (gizë gri, gizë e urtë), materiale tipike:

HT300: është një lloj perliti i gizës gri me rezistencë të lartë, zbaton standardin kombëtar GB 9439-88, emri i tij "HT" përfaqëson gizën gri, "300" tregon se rezistenca minimale në tërheqje e një shufre prove me diametër 30 mm është 300MPa.

QT600-3: QT600-3 është hekur duktil me trup perlitik, me rezistencë të mesme dhe të lartë, rezistencë dhe plasticitet të mesëm, performancë të lartë gjithëpërfshirëse, rezistencë të mirë ndaj konsumimit dhe amortizim të dridhjeve, karakteristika të mira të procesit të derdhjes. Mund të ndryshojë vetitë e tij përmes trajtimeve të ndryshme termike.

Efekti i shuarjes: Fortësia sipërfaqësore mund të arrijë 45~55 HRC, thellësia e shtresës së ngurtësuar 0.1~0.8 mm, dhe struktura martensit + austenit i mbetur formohet rreth fazës së grafitit, gjë që rrit aftësinë e anti-bluarjes (për shembull, koeficienti i fërkimit të shinës udhëzuese të makinës pas shuarjes zvogëlohet me 20%).

II. Metalet jo-ferrozë dhe lidhjet e tyre (fushat e aplikimit në zhvillim)

1. Aliazh titaniumi (Ti-6Al-4V, etj.)

Aliazh titaniumi i referohet një shumëllojshmërie aliazhesh të bëra me titan dhe metale të tjera. Titaniumi është një metal i rëndësishëm strukturor i zhvilluar në vitet 1950, aleazh titaniumi ka forcë, rezistencë ndaj korrozionit dhe rezistencë të lartë ndaj nxehtësisë.

Karakteristikat e forcimit: Ngrohja me lazer nxit formimin e martensitit të mbingopur në sipërfaqe, dhe fortësia rritet nga 300 HV në 500~600 HV, duke ruajtur rezistencë të mirë (e përshtatshme për përforcimin e teheve të motorëve të avionit).

  Vështirësia teknike: Lidhja e titanit ka reflektivitet të lartë të lazerit (rreth 70%), kështu që duhet të përdoret para-trajtimi sipërfaqësor (siç është pastrimi me rërë) ose lazeri ultravjollcë (gjatësia e valës 355 nm, reflektiviteti nën 30%).

2. Aliazh alumini (seria 2xxx, seria 7xxx)

Ky është një material aliazh me bazë alumini që përmban elementë të shtuar si bakri, silici, magnezi, zinku dhe mangani. Përmes rregullimeve të raportit të elementëve, ai formon serinë 1XXX deri në 8XXX që mbulon aluminin e pastër industrial dhe aliazhet alumin-bakri. Sistemi i tij i kodeve të gjendjes bazohet në pesë gjendje themelore, duke përfshirë F (përpunim i lirë) dhe O (pjekje), me kode të detajuara si T6 që mundësojnë kontroll të saktë të vetive të rezistencës ndaj korrozionit dhe rezistencës ndaj korrozionit.

Mekanizmi i shuarjes: Forcimi i tretësirës së ngurtë arrihet me anë të ngrohjes së shpejtë të lazerit, dhe faza metastabile e precipituar formohet pas vetëftohjes (për shembull, fortësia e lidhjes së aluminit 7075 rritet nga 150 HV në 220 HV pas shuarjes).

Kufizimet e aplikimit: Lidhja e aluminit ka përçueshmëri të fortë termike (përçueshmëria termike është rreth 200 W/m K), kërkohet lazer me fuqi të lartë (≥2 kW) për të siguruar efikasitetin e ngrohjes, dhe është e lehtë të prodhohet deformim i stresit termik.

3. Lidhje kallaji (tunxh, bronz)

Ky është një aliazh i përbërë nga bakër i pastër me një ose më shumë elementë shtesë. Zbatimet: Ngurtësimi sipërfaqësor i komponentëve rezistentë ndaj konsumimit (p.sh., kushineta, valvola). Pas shuarjes me lazer, sipërfaqja formon një strukturë nanokristalore, duke rritur fortësinë me 15% deri në 30%. Megjithatë, temperatura e ngrohjes duhet të kontrollohet për të parandaluar zbutjen e matricës së bakrit.

III. Materiale Funksionale Speciale

1. Materialet e Metalurgjisë Pluhurore (p.sh., përbërësit metalurgjikë pluhurorë me bazë hekuri dhe bakri) Përparësitë: Struktura poroze mund të ruajë vaj lubrifikues, me sipërfaqen që bëhet më e dendur pas shuarjes me lazer. Fortësia rritet nga 20-30 HRC në 50-55 HRC, duke i bërë ato të përshtatshme për kushineta vetë-lubrifikuese.

2. Materialet e Veshjes Sipërfaqësore (p.sh., veshje me spërkatje termike dhe shtresa veshjeje) Zbatimet Tipike: Pas shuarjes me lazer të veshjeve WC-Co të spërkatura në sipërfaqet e çelikut të karbonit, formohet një strukturë kompozite "matricë martensiti + fazë karbidi e çimentuar", duke arritur një fortësi që tejkalon 1000 HV. Këto materiale përdoren në komponentët rezistentë ndaj konsumimit të makinerive të minierave.

IV. Materiale të papërshtatshme për shuarje me lazer

Çelik me përmbajtje të ulët karboni (përmbajtje karboni Për shkak të përmbajtjes së pamjaftueshme të karbonit, transformimi martensitik është minimal, duke rezultuar në efekte të dobëta forcimi (rritje e fortësisë

Çelik inox austenitik i pastër (p.sh., 316L): Nuk ka aftësi transformimi martensitik. Ngrohja me lazer shkakton vetëm forcim me punë me përmirësim të kufizuar të fortësisë (afërsisht 15% -20%).