鐵基粉末冶金材料的激光表面強化問題研究ppt課件
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論文導讀:激光熱處理工藝參數(shù)主要是指激光器輸出功率P,光斑直徑d(兩者決定了功率密度)和掃描速度V(決定了激光與工件的作用時間),它們直接影響硬化層的寬度、深度、硬度、組織以及機械性能,1,。試驗研究表明,如果不對激光淬火提出過高的要求,利用連續(xù)輸出功率在千瓦級的二氧化碳激光設備,對鐵基材料表面進行熱處理并不困難。關鍵詞:鐵基,粉末冶金,激光,表面強化1.激光表面強化工藝,2,參數(shù)的確定激光熱處理工藝參數(shù)主要是指激光器輸出功率P,光斑直徑d(兩者決定了功率密度)和掃描速度V(決定了激光與工件的作用時間),它們直接影響硬化層的寬度、深度、硬度、組織以及機械性能,3,。1.1激光功率當光斑直徑和掃描速度一定時,工件表面的最大加熱時間是恒定的。隨著激光器輸出功率的增加,硬化層寬度和深度增加。這是因為當激光器輸出功率增大時,光斑的平均功率密度增加,金屬,4,表面吸收的能量增加,使得表面溫度進一步提高,經(jīng)過金屬基體的快速熱傳遞,金屬表面下處于相變溫度Ac1 以上的區(qū)域亦增大,從而導致硬化層深度和寬度增加。1.2掃描速度掃描速度是工件與激光束,5,相對運動速度,它反映了金屬表面被加熱的時間。當其它條件一定時,隨著掃描速度的增大,硬化層深度和寬度減小。這是因為掃描速度高,加熱時間減小,金屬表面層吸收的能量降低,導致硬化層深度和寬度,6,減小。降低掃描速度,以延長加熱時間可使硬化層深度和硬度提高。試驗結果表明:如果激光器輸出功率不足,即使延長加熱時間,金屬硬化效果也并不好,反而加寬了熱影響區(qū)。若掃描速度太慢,使得熱量向,7,光束移動方向的反向傳導,致使冷卻速度太慢,使表面出現(xiàn)熔融和回火現(xiàn)象,使硬度降低;若掃描速度太快,由于照射時間太短,輸入的能量不足,使得照射區(qū)內(nèi)溫度達不到完全淬火溫度,從而使得表面硬度降,8,低。激光輸出功率和掃描速度對硬化層深度的影響幾乎為線性關系。隨著激光輸出功率的增大和掃描速度的降低,硬化層深度增加。激光功率增加意味著單位時間內(nèi)的能量增加,則試件吸收的總能量增加,在試,9,件內(nèi)溫度場中超過臨界轉變溫度的范圍擴大,即發(fā)生馬氏體轉變的區(qū)域增加,故硬化層的深度增加。掃描速度的降低,意味著熱作用時間的延長。在其它條件不變時,總能量也是增加的,因此降低激光掃描速度,10,和增加激光輸出功率效果是一致的。綜上所述,激光相變硬化層的深度取決于激光加熱時的溫度場。而材料達到給定溫度的深度主要依賴于能量密度。激光相變硬化層層深與激光能量密度之間存在良好的線性關,11,系。 還可知激光功率和掃描速度不同,顯微硬度的分布也不同。激光功率為3200W,掃描速度為8mm/s 時的表面硬度最高,約828HV。隨著激光功率增加和掃描速度降低,材料的表面加熱溫度,12,提高,在激光的快速加熱和隨后的快速冷卻過程中,奧氏體晶粒得到了進一步的細化,馬氏體中的固溶含碳量和合金元素含量增加,碳和合金元素的大量溶入也造成了靜畸變強化,從而增大了表面顯微硬度。激,13,光輸出功率過高或掃描速度過低時,樣品中的蓄熱量增大,造成冷卻速度緩慢,無法達到自激淬火的臨界冷卻速度,淬不成馬氏體,使硬度值降低。試驗研究表明,如果不對激光淬火提出過高的要求,利用連續(xù),14,輸出功率在千瓦級的二氧化碳激光設備,對鐵基材料表面進行熱處理并不困難。然而不同激光設備之間的工藝移植并非易事。工業(yè)生產(chǎn)中,維護激光處理工藝的可重復性是保證產(chǎn)品質(zhì)量的需要。但是,激光淬火,15,同其他傳統(tǒng)的熱處理相比,它具有可以精確控制熱處理區(qū)域及工件變形小等一系列優(yōu)點。只要能夠較好的控制激光淬火工藝過程,原則上可以使用價格便宜、易于加工的材料制造工件的基體,在工件的關鍵部位,16,用激光進行處理,便能顯著提高產(chǎn)品的質(zhì)量,簡化工件的生產(chǎn)工藝,降低工件的生產(chǎn)成本,增強激光淬火對其它傳統(tǒng)熱處理工藝的競爭能力。2.激光表面淬火鐵基粉末冶金材料的硬度分布各種成分的鐵基粉末,17,冶金材料經(jīng)過寬帶激光表面淬火后顯微硬度有了顯著的提高。鐵基粉末冶金材料的顯微硬度從淬火前到淬火后提高近3倍,合金元素Cr含量的增加使得硬化層深度略有增加,因為Cr 能提高鋼的淬透性。從,18,表層到心部,隨著與表面距離的增加,顯微硬度也呈現(xiàn)出層狀分布并呈逐漸降低趨勢直至基體。在此我們還可大概將其分為三層:第一層為完全淬硬層,顯微硬度約為HV0.3623-669,厚度約為1.,19,0-1.2mm。在這一層中顯微硬度變化幅度不大,基本上曲線比較平坦,這同其他淬火方式相同,所不同的是激光淬火最高顯微硬度一般在次表層;第二層為過渡區(qū),厚度約為0.3mm,顯微硬度約為H,20,V0.3400-650;第三層為基體,顯微硬度約為HV0.3250-320。3.激光淬火表面強化的機理激光表面處理具有加熱速度快、熱效率高,加熱范圍及熱變形小的特點,不致引起開裂缺陷。,21,寬帶激光束與聚集光束比較,具有一次掃描處理區(qū)域大、硬化層更為均勻的優(yōu)點,具有廣闊的工業(yè)應用前景。論文發(fā)表。激光硬化時,激光與材料的相互作用可根據(jù)激光輻照作用的強度和持續(xù)時間分為幾個階段,22,:把激光輻照引向材料;吸收激光能量并把光能傳給材料;光能轉變?yōu)闊崮?,加熱材料達到快速加熱、快速冷卻、熔化材料的目的,并且不引起材料表面的破壞;材料在激光輻照后的相變或融化凝固或沖擊產(chǎn)生,23,晶格畸變及位錯,最終達到硬化效果。論文發(fā)表。從物理冶金角度,激光相變硬化與常規(guī)熱處理并無兩樣,只不過是前者為局部的急熱急冷過程。由于加熱時間短,加熱溫度高,當激光束被切斷或移開后,材料,24,表面冷速很快,熱影響區(qū)域小,硬化層較淺,一般只有0.3-2.0mm。這對于要求變形小,形狀復雜和要求局部處理的零件來說較為合適。由于加熱速度快,加熱時間短,因此其相變硬化也具有自己的特,25,點:激光熱處理加熱速度比其他淬火方法更快,使材料表面迅速達到奧氏體化溫度,使得擴散均勻化來不及進行,原有材料中珠光體組織通過無擴散轉化為奧氏體組織。在隨后通過自身熱傳遞而快速冷卻,奧氏,26,體組織通過無擴散過程轉化為馬氏體。由于是快速冷卻,使Ms 線升高,使得我們試驗中得到的馬氏體組織含量較常規(guī)熱處理的多,不同的微觀區(qū)域內(nèi)馬氏體形成溫度有很大的差異,這也導致了細小馬氏體組,27,織的形成,同時組織細化,這是由于激光超快速加熱條件下,過熱度大,造成相變驅動力大,奧氏體形核數(shù)目劇增,它既可以在原晶界和亞晶界上形核,也可以在相界面和其它晶體缺陷處成核。而在快速加熱的,28,瞬間奧氏體化使晶粒來不及長大。在馬氏體轉變時,必然轉變?yōu)榧毿〉鸟R氏體組織。論文發(fā)表。研究表明,激光相變硬化處理后可獲得直徑為2m 的超細晶粒。激光處理加熱速度快,易使金屬表面過,29,熱,隨后冷速亦快,殘留奧氏體量增加,碳來不及擴散,使得奧氏體中碳量增加,隨著奧氏體向馬氏體轉變,得到高碳馬氏體,提高了硬度。而激光處理后的馬氏體組織為板條馬氏體和孿晶馬氏體組織,其中位,30,錯密度極高,可達1011-1012條/cm2,比常規(guī)淬火提高至少兩個數(shù)量級,并且殘余奧氏體中存在大量的位錯塞積群。馬氏體在高度受扼的狀態(tài)下形成,因此形成了本質(zhì)上是變形馬氏體的淬硬組織。,31,因此,我們認為,晶粒超細化,高的馬氏體含量,馬氏體高位錯密度和高的固溶含碳量是材料經(jīng)激光熱處理后獲得超高表面硬度的主要原因。 參考文獻[1]李華彬,何安西,曹雷,揚健,李學榮. Cu/,32,Fe復合粉的性能及應用研究[J].四川有色金屬, 2005,(01) . [2]程繼貴,夏永紅,王華林,徐衛(wèi)兵.聚苯乙烯/銅粉溫壓成型的研究[J].工程塑料應用,2000,(06) .,33,,34,版權所有 禁止轉載 謝謝!,論文查重 ty89htvv,35,- 配套講稿:
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