લેસર ક્વેન્ચિંગ ટેકનોલોજી માટે યોગ્ય સામગ્રીના પ્રકારો અને લાક્ષણિકતાઓનું વિશ્લેષણ

I. ફેરસ ધાતુની સામગ્રી (હાલમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રી)

૧. મધ્યમ અને ઉચ્ચ કાર્બન સ્ટીલ (કાર્બનનું પ્રમાણ ૦.૩%~૦.૮%), લાક્ષણિક સામગ્રી:

45 સ્ટીલ (ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા મધ્યમ-કાર્બન સ્ટ્રક્ચરલ સ્ટીલ), જેને JIS ધોરણો, ASTM 1045/080M46, અને DIN C45 માં S45C તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવ્યું છે, તે એક પ્રીમિયમ કાર્બન સ્ટ્રક્ચરલ સ્ટીલ છે જેમાં નીચેની રાસાયણિક રચના છે: 0.42-0.50% કાર્બન (C), 0.17-0.37% સિલિકોન (Si), 0.50-0.80% મેંગેનીઝ (Mn), અને ≤0.25% ક્રોમિયમ (Cr). આ બહુમુખી સામગ્રી ઉત્તમ ઠંડી/ગરમ કાર્યક્ષમતા, શ્રેષ્ઠ યાંત્રિક ગુણધર્મો, ખર્ચ-અસરકારકતા અને વ્યાપક ઉપલબ્ધતા દર્શાવે છે, જેના કારણે તેનો ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. જો કે, તેની પ્રાથમિક મર્યાદા ઓછી કઠિનતામાં રહેલી છે, જે તેને મોટા ક્રોસ-સેક્શનલ પરિમાણો અથવા ઉચ્ચ ચોકસાઇ ધોરણોની જરૂર હોય તેવા ઘટકોના ઉત્પાદન માટે અયોગ્ય બનાવે છે.

T8 સ્ટીલ: યુટેક્ટોઇડ કાર્બન ટૂલ સ્ટીલ જે ​​ક્વેન્ચિંગ અને ટેમ્પરિંગ પછી ઉચ્ચ કઠિનતા અને વસ્ત્રો પ્રતિકાર દર્શાવે છે, જોકે તેમાં ઓછી ગરમ કઠિનતા, નબળી કઠિનતા અને મશીનિંગ દરમિયાન ઓવરહિટીંગ વિકૃતિ પ્રત્યે સંવેદનશીલતા સહિત મર્યાદાઓ છે. આ સામગ્રી GB/T 1298 શ્રેણીના ધોરણોનું પાલન કરે છે, જેમાં 0.75% અને 0.84% ​​ની વચ્ચે કાર્બનનું પ્રમાણ હોય છે, જે તેને સરળ આકારના કોલ્ડ-ફોર્મિંગ ડાઈ અને કટીંગ ટૂલ્સના ઉત્પાદન માટે યોગ્ય બનાવે છે. ક્વેન્ચિંગ પ્રક્રિયા માટે 780-800℃°C પર પાણી ઠંડુ કરવાની જરૂર પડે છે, જ્યારે 250℃°C થી ઉપર ટેમ્પરિંગ પરિમાણીય સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરે છે. જો કે, ઇમ્પેક્ટ લોડ પ્રતિકારની જરૂર હોય તેવા એપ્લિકેશનો માટે તે ભલામણ કરવામાં આવતી નથી.

૬૫ મિલિયન સ્ટીલ: ગરમીની સારવાર અને કોલ્ડ ડ્રોઇંગ સખ્તાઇ પછી ઉચ્ચ શક્તિ સાથે સ્પ્રિંગ સ્ટીલ ઉત્પાદન, સારી લવચીકતા અને પ્લાસ્ટિસિટી પ્રદાન કરે છે. સમાન સપાટીની પરિસ્થિતિઓ અને સંપૂર્ણ સખ્તાઇ હેઠળ, તેની થાક મર્યાદા પાંચ-રંગી એલોય સ્પ્રિંગ્સ સાથે મેળ ખાય છે. જો કે, નબળી કઠિનતાને કારણે, તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે નાના કદના સ્પ્રિંગ્સ જેમ કે દબાણ-વ્યવસ્થિત/ગતિ-નિયમનકારી સ્પ્રિંગ્સ, બળ-માપન સ્પ્રિંગ્સ, સામાન્ય યાંત્રિક ગોળાકાર/લંબચોરસ હેલિકલ સ્પ્રિંગ્સ અથવા નાની મશીનરી માટે વાયર-ડ્રોન સ્ટીલ સ્પ્રિંગ્સ માટે થાય છે. સખ્તાઇ અસર: સપાટીની કઠિનતા 0.2~1.5mm ની કઠણ સ્તરની ઊંડાઈ સાથે 55-65 HRC સુધી પહોંચે છે, જેમાં એકસમાન માર્ટેન્સિટિક માળખું અને નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ વસ્ત્રો પ્રતિકાર હોય છે (દા.ત., ક્વેન્ચિંગ પછી 45 સ્ટીલનું વસ્ત્રો જીવન 4-6 ગણું વધે છે). ગિયર્સ, પિન અને શાફ્ટ ઘટકો માટે યોગ્ય. મિકેનિઝમ: પૂરતા પ્રમાણમાં કાર્બન સામગ્રી વિપુલ પ્રમાણમાં માર્ટેન્સાઇટ બનાવે છે, જે ઝડપી લેસર હીટિંગ દરમિયાન સંપૂર્ણ ઓસ્ટેનિટાઇઝેશનમાંથી પસાર થાય છે અને સ્વ-ઠંડક ક્વેન્ચિંગ દ્વારા સંપૂર્ણ તબક્કામાં પરિવર્તન પ્રાપ્ત કરે છે.

2. એલોય સ્ટ્રક્ચરલ સ્ટીલ (Cr, Ni, Mo અને અન્ય તત્વો ઉમેરો), લાક્ષણિક સામગ્રી:

૪૦ કરોડ: (GB3077 માં વ્યાખ્યાયિત કરાયેલ "એલોય સ્ટ્રક્ચરલ સ્ટીલ" ની શ્રેણીમાં 40Cr આવે છે. આ સ્ટીલમાં 0.37%-0.44% કાર્બન હોય છે, જે 45 સ્ટીલ કરતા થોડું ઓછું હોય છે, જેમાં Si અને Mn ની તુલનાત્મક માત્રા હોય છે. તેમાં 0.80%-1.10% Cr હોય છે. હોટ-રોલ્ડ એપ્લિકેશન્સમાં, આ 1% Cr સામગ્રી મૂળભૂત રીતે બિનઅસરકારક હોય છે, કારણ કે બંને ગ્રેડ સમાન યાંત્રિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે. 40Cr ની કિંમત 45 સ્ટીલ કરતા લગભગ અડધી હોવાથી, આર્થિક વિચારણાઓ ઘણીવાર શક્ય હોય ત્યારે 45 સ્ટીલનો ઉપયોગ કરવા તરફ દોરી જાય છે.

૩૫ કરોડ: 35CrMo એ એલોય સ્ટ્રક્ચરલ સ્ટીલ (એલોય ક્વેન્ચ્ડ અને ટેમ્પર્ડ સ્ટીલ) માટે એક સ્પષ્ટીકરણ કોડ છે, જે જર્મન સ્ટાન્ડર્ડ 1.7220, બ્રિટિશ સ્ટાન્ડર્ડ 708A37, ફ્રેન્ચ સ્ટાન્ડર્ડ 35CD4, વગેરેને અનુરૂપ છે, જે GB/T 3077-2015 નું પાલન કરે છે. તેમાં 0.72% કાર્બન સમકક્ષ છે, પ્રીહિટીંગ માપદંડોની જરૂર પડતી નબળી વેલ્ડેબિલિટી છે. આ સ્ટીલ ઉચ્ચ સ્થિર શક્તિ અને અસર કઠિનતા દર્શાવે છે, તાણ શક્તિ ≥985MPa અને ઉપજ શક્તિ ≥835MPa સાથે, 500℃ સુધી લાંબા ગાળાના ઓપરેટિંગ તાપમાનનો સામનો કરવા સક્ષમ છે. તે રોલિંગ મિલોમાં ગિયરબોક્સ, ક્રેન્કશાફ્ટ, કનેક્ટિંગ રોડ અને સ્ટીમ ટર્બાઇન સ્પિન્ડલ્સ જેવા ઉચ્ચ-લોડ યાંત્રિક ઘટકોના ઉત્પાદન માટે યોગ્ય છે.

૨૦ કરોડ રૂપિયા: 0.17%-0.24% કાર્બન સામગ્રી ધરાવતું કાર્બ્યુરાઇઝ્ડ સ્ટીલ, જે સામાન્ય રીતે ટ્રાન્સમિશન ગિયર્સ માટે ઓટોમોટિવ ઉત્પાદનમાં વપરાય છે. મધ્યમ-સખ્તાઇવાળા કાર્બ્યુરાઇઝ્ડ સ્ટીલ (Cr-Mn-Ti) તરીકે, તે ઉચ્ચ નીચા-તાપમાન અસર કઠિનતા જાળવી રાખીને અસાધારણ કઠિનતા દર્શાવે છે. ખાસ કરીને સપાટી કાર્બ્યુરાઇઝેશન સખ્તાઇ માટે રચાયેલ, આ સ્ટીલ ન્યૂનતમ વિકૃતિ અને ઉત્કૃષ્ટ થાક પ્રતિકાર સાથે ઉત્તમ મશીનરી ક્ષમતા દર્શાવે છે. તેના પ્રાથમિક ઉપયોગોમાં શાફ્ટ ઘટકો, પિસ્ટન ભાગો અને ઓટોમોબાઇલ અને વિમાન માટે વિશિષ્ટ ઘટકોનું ઉત્પાદન શામેલ છે.

શમન અસર: કઠિનતા 60~70 HRC સુધી પહોંચી શકે છે, કઠણ સ્તરની ઊંડાઈ 0.3~2mm છે, એલોય તત્વો કઠિનતા અને કાટ પ્રતિકારમાં સુધારો કરે છે (જેમ કે 35CrMo ગિયર પછી થાક શમન શક્તિ 30% વધે છે).

નોંધ: ઉચ્ચ એલોય સામગ્રી લેસર શોષણ દર ઘટાડી શકે છે, તેથી બ્લેકનિંગ ટ્રીટમેન્ટ (જેમ કે ફોસ્ફેટિંગ અને કોટિંગ) દ્વારા ઊર્જા શોષણ કાર્યક્ષમતા વધારવી જરૂરી છે.

૩. કાસ્ટ આયર્ન (ગ્રે કાસ્ટ આયર્ન, ડ્યુક્ટાઇલ કાસ્ટ આયર્ન), લાક્ષણિક સામગ્રી:

HT300: એ પર્લાઇટ પ્રકારનો ઉચ્ચ શક્તિવાળા ગ્રે કાસ્ટ આયર્ન છે, રાષ્ટ્રીય ધોરણ GB 9439-88 લાગુ કરો, તેનું નામ "HT" ગ્રે કાસ્ટ આયર્નનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, "300" સૂચવે છે કે 30mm વ્યાસના ટેસ્ટ રોડની લઘુત્તમ તાણ શક્તિ 300MPa છે.

QT600-3: QT600-3 એ પર્લિટિક બોડી ડક્ટાઇલ આયર્ન છે, જેમાં મધ્યમ અને ઉચ્ચ તાકાત, મધ્યમ કઠિનતા અને પ્લાસ્ટિસિટી, ઉચ્ચ વ્યાપક કામગીરી, સારી વસ્ત્રો પ્રતિકાર અને વાઇબ્રેશન ડેમ્પિંગ, સારી કાસ્ટિંગ પ્રક્રિયા લાક્ષણિકતાઓ છે. તે વિવિધ ગરમીની સારવાર દ્વારા તેના ગુણધર્મોને બદલી શકે છે.

શમન અસર: સપાટીની કઠિનતા 45~55 HRC સુધી પહોંચી શકે છે, કઠણ સ્તરની ઊંડાઈ 0.1~0.8mm છે, અને માર્ટેન્સાઇટ + શેષ ઓસ્ટેનાઇટ માળખું ગ્રેફાઇટ તબક્કાની આસપાસ રચાય છે, જે એન્ટિ-ગ્રાઇન્ડીંગની ક્ષમતાને વધારે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ક્વેન્ચિંગ પછી મશીન ટૂલ ગાઇડ રેલનો ઘર્ષણ ગુણાંક 20% ઘટે છે).

II. બિન-ફેરસ ધાતુઓ અને તેમના મિશ્રધાતુઓ (ઉભરતા એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો)

1. ટાઇટેનિયમ એલોય (Ti-6Al-4V, વગેરે)

ટાઇટેનિયમ એલોય એ ટાઇટેનિયમ અને અન્ય ધાતુઓથી બનેલા વિવિધ પ્રકારના એલોયનો ઉલ્લેખ કરે છે. ટાઇટેનિયમ એ 1950 ના દાયકામાં વિકસિત એક મહત્વપૂર્ણ માળખાકીય ધાતુ છે, ટાઇટેનિયમ એલોય શક્તિ, કાટ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ ગરમી પ્રતિકાર ધરાવે છે.

સખ્તાઇ લાક્ષણિકતાઓ: લેસર હીટિંગ સપાટી પર સુપરસેચ્યુરેટેડ માર્ટેન્સાઇટની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે, અને કઠિનતા 300 HV થી વધારીને 500~600 HV કરવામાં આવે છે, જ્યારે સારી કઠિનતા જાળવી રાખવામાં આવે છે (એરો-એન્જિન બ્લેડ મજબૂતીકરણ માટે યોગ્ય).

  ટેકનિકલ મુશ્કેલી: ટાઇટેનિયમ એલોયમાં ઉચ્ચ લેસર પરાવર્તકતા (લગભગ 70%) હોય છે, તેથી સપાટીની પ્રીટ્રીટમેન્ટ (જેમ કે સેન્ડબ્લાસ્ટિંગ) અથવા અલ્ટ્રાવાયોલેટ લેસર (તરંગલંબાઇ 355nm, 30% થી ઓછી પરાવર્તકતા) નો ઉપયોગ કરવો જોઈએ.

2. એલ્યુમિનિયમ એલોય (2xxx શ્રેણી, 7xxx શ્રેણી)

આ એક એલ્યુમિનિયમ આધારિત એલોય સામગ્રી છે જેમાં કોપર, સિલિકોન, મેગ્નેશિયમ, ઝીંક અને મેંગેનીઝ જેવા વધારાના તત્વો છે. એલિમેન્ટ રેશિયો એડજસ્ટમેન્ટ દ્વારા, તે ઔદ્યોગિક શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમ અને એલ્યુમિનિયમ-કોપર એલોયને આવરી લેતી 1XXX થી 8XXX શ્રેણી બનાવે છે. તેની સ્ટેટ કોડ સિસ્ટમ પાંચ મૂળભૂત સ્થિતિઓ પર આધારિત છે જેમાં F (ફ્રી મશીનિંગ) અને O (એનિલિંગ)નો સમાવેશ થાય છે, જેમાં T6 જેવા વિગતવાર કોડ્સ તાકાત અને કાટ પ્રતિકાર ગુણધર્મોનું ચોક્કસ નિયંત્રણ સક્ષમ કરે છે.

શમન પદ્ધતિ: લેસરના ઝડપી ગરમી દ્વારા ઘન દ્રાવણને મજબૂત બનાવવામાં આવે છે, અને સ્વ-ઠંડક પછી મેટાસ્ટેબલ અવક્ષેપિત તબક્કો રચાય છે (ઉદાહરણ તરીકે, 7075 એલ્યુમિનિયમ એલોયની કઠિનતા શમન પછી 150 HV થી 220 HV સુધી વધે છે).

એપ્લિકેશન મર્યાદાઓ: એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં મજબૂત થર્મલ વાહકતા હોય છે (થર્મલ વાહકતા લગભગ 200 W/m K છે), ગરમી કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઉચ્ચ શક્તિવાળા લેસર (≥2 kW) જરૂરી છે, અને થર્મલ સ્ટ્રેસ ડિફોર્મેશન ઉત્પન્ન કરવું સરળ છે.

૩. ટીન એલોય (પિત્તળ, કાંસ્ય)

આ એક અથવા વધુ વધારાના તત્વો સાથે શુદ્ધ તાંબાથી બનેલું મિશ્રણ છે. એપ્લિકેશન્સ: વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક ઘટકો (દા.ત., બેરિંગ્સ, વાલ્વ) નું સપાટી સખતીકરણ. લેસર ક્વેન્ચિંગ પછી, સપાટી નેનોક્રિસ્ટલાઇન માળખું બનાવે છે, જે કઠિનતામાં 15% થી 30% વધારો કરે છે. જોકે, કોપર મેટ્રિક્સને નરમ પડતા અટકાવવા માટે ગરમીનું તાપમાન નિયંત્રિત કરવું આવશ્યક છે.

III. ખાસ કાર્યાત્મક સામગ્રી

૧. પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર સામગ્રી (દા.ત., આયર્ન-આધારિત અને તાંબા-આધારિત પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર ઘટકો) ફાયદા: છિદ્રાળુ માળખું લુબ્રિકેટિંગ તેલનો સંગ્રહ કરી શકે છે, લેસર ક્વેન્ચિંગ પછી સપાટી વધુ ઘટ્ટ બને છે. કઠિનતા 20-30 HRC થી 50-55 HRC સુધી વધે છે, જે તેમને સ્વ-લુબ્રિકેટિંગ બેરિંગ્સ માટે યોગ્ય બનાવે છે.

2. સપાટી કોટિંગ સામગ્રી (દા.ત., થર્મલ સ્પ્રે કોટિંગ્સ અને ક્લેડીંગ સ્તરો) લાક્ષણિક એપ્લિકેશનો: કાર્બન સ્ટીલ સપાટી પર છાંટવામાં આવતા WC-Co કોટિંગ્સના લેસર ક્વેન્ચિંગ પછી, "માર્ટેનાઇટ મેટ્રિક્સ + સિમેન્ટેડ કાર્બાઇડ ફેઝ" સંયુક્ત માળખું રચાય છે, જે 1000 HV થી વધુ કઠિનતા પ્રાપ્ત કરે છે. આ સામગ્રીનો ઉપયોગ ખાણકામ મશીનરીના વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક ઘટકોમાં થાય છે.

IV. લેસર ક્વેન્ચિંગ માટે અયોગ્ય સામગ્રી

લો-કાર્બન સ્ટીલ (કાર્બન સામગ્રી અપૂરતી કાર્બન સામગ્રીને કારણે, માર્ટેન્સિટિક રૂપાંતર ન્યૂનતમ છે, જેના પરિણામે નબળી સખ્તાઇ અસરો થાય છે (કઠિનતા

શુદ્ધ ઓસ્ટેનિટિક સ્ટેનલેસ સ્ટીલ (દા.ત., 316L): માર્ટેન્સિટિક ટ્રાન્સફોર્મેશન ક્ષમતાનો અભાવ છે. લેસર હીટિંગ મર્યાદિત કઠિનતા સુધારણા (લગભગ 15% -20%) સાથે કાર્યને સખત બનાવે છે.