Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Biến đổi bề mặt của thép cacbon cao bằng laser sợi và phân tích nhiệt, vi cấu trúc và tính trầy xước
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, quá trình biến đổi bề mặt của thép cacbon cao đã được thực hiện bằng cách sử dụng laser sợi công suất 2 kW, và các phân tích về nhiệt, vi cấu trúc cũng như tính trầy xước đã được thực hiện. Các tham số quá trình được lựa chọn cho điều trị bề mặt bằng laser bao gồm công suất laser (600-1500 W) và tốc độ quét (3000-4500 mm/phút). Máy đo nhiệt hồng ngoại đã được sử dụng để ghi lại nhiệt độ bề mặt trong suốt quá trình. Phân tích kim loại học đã được thực hiện bằng kính hiển vi quang học để xác định độ sâu và chiều rộng của vùng được điều trị bằng laser. Kính hiển vi điện tử quét và phổ năng lượng phân tán đã được sử dụng để tiết lộ vi cấu trúc và sự thay đổi thành phần xảy ra trong vùng điều trị bằng laser. Quan sát cho thấy sự phát triển dendritic xảy ra từ bề mặt trên xuống trung tâm của vùng được điều trị bằng laser. Lượng phát triển dendritic có thể liên quan đến nhiệt độ bề mặt tối đa được tạo ra trong quá trình. Phân tích XRD chỉ ra sự hình thành một số hợp chất liên kim loại và sự chuyển pha xảy ra trong vùng điều trị bằng laser. Phân tích ứng suất dư đã được tiến hành để khảo sát mức độ tích tụ ứng suất trong vùng được điều trị bằng laser. Khi phân tích chu trình nhiệt độ, phát hiện rằng quá trình nóng chảy của thép dẫn đến hình thành bề mặt dưới ứng suất nén trong khi vùng cứng không bị chảy nóng phát triển bề mặt dưới ứng suất kéo. Giá trị độ cứng vi Vickers tối đa đạt được khoảng 958.8 HV0.5 cho công suất 1500 W và tốc độ quét 3000 mm/phút. Thử nghiệm trầy xước đã được thực hiện trên vùng điều trị bằng laser, và nhận thấy rằng vùng đã cứng cho thấy các thuộc tính trầy xước tốt hơn so với vật liệu gốc. Cuối cùng, nhận thấy rằng giá trị độ nhám bề mặt tăng lên với đầu vào nhiệt cao hơn, có thể do tỷ lệ tạo thành oxit cao cũng như sự hiện diện của martensite trong vùng điều trị bằng laser.
Từ khóa
#biến đổi bề mặt #thép cacbon cao #laser sợi #phân tích nhiệt #vi cấu trúc #tính trầy xướcTài liệu tham khảo
A. Agarwal and N.B. Dahotre, Laser Surface Engineering of Steel for Hard Refractory Ceramic Composite Coating, Int. J. Refract. Met. Hard Mater., 1999, 17(4), p 283–293
M. Bojinović, N. Mole, and B. Štok, A Computer Simulation Study of the Effects of Temperature Change Rate on Austenite Kinetics in Laser Hardening, Surf. Coatings Technol., 2015, 273(1), p 60–76
Y.D. Chung, H. Fujii, R. Ueji, and N. Tsuji, Friction Stir Welding of High Carbon Steel with Excellent Toughness and Ductility, Scr. Mater., 2010, 63(2), p 223–226. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.03.060
M. Kulka and A. Pertek, Microstructure and Properties of Borided 41Cr4 Steel after Laser Surface Modification with Re-Melting, Appl. Surf. Sci., 2003, 214(1–4), p 278–288
M. Kulka and A. Pertek, Microstructure and Properties of Borocarburized 15CrNi6 Steel after Laser Surface Modification, Appl. Surf. Sci., 2004, 236(1), p 98–105
C.T. Kwok, F.T. Cheng, and H.C. Man, Laser Surface Modification of UNS S31603 Stainless Steel. Part I: Microstructures and Corrosion Characteristics, Mater. Sci. Eng., A, 2000, 290(1–2), p 55–73
C.T. Kwok, F.T. Cheng, and H.C. Man, Laser Surface Modification of UNS S31603 Stainless Steel: Part II: Cavitation Erosion Characteristics, Mater. Sci. Eng., A, 2000, 290(1–2), p 74–88
I. Manna, J. Dutta Majumdar, B. Ramesh Chandra, S. Nayak, and N.B. Dahotre, Laser Surface Cladding of Fe-B-C, Fe-B-Si and Fe-BC-Si-Al-C on Plain Carbon Steel, Surf. Coatings Technol., 2006, 201(1–2), p 434–440
M.S. Raza, M. Hussain, V. Kumar, and A.K. Das, In Situ Production of Hard Metal Matrix Composite Coating on Engineered Surfaces Using Laser Cladding Technique, J. Mater. Eng. Perform., 2017, 26(1), p 76–83
A.K. Nath, A. Gupta, and F. Benny, Theoretical and Experimental Study on Laser Surface Hardening by Repetitive Laser Pulses, Surf. Coatings Technol., 2012, 206(8–9), p 2602–2615. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.11.019
A. Pertek and M. Kulka, Characterization of Single Tracks after Laser Surface Modification of Borided 41Cr4 Steel, Appl. Surf. Sci., 2002, 205(1–4), p 137–142
P. Peyre, X. Scherpereel, L. Berthe, C. Carboni, R. Fabbro, G. Béranger, and C. Lemaitre, Surface Modifications Induced in 316L Steel by Laser Peening and Shot-Peening: Influence on Pitting Corrosion Resistance Mater, Sci. Eng. A, 2000, 280(2), p 294–302
R. Komanduri and Z.B. Hou, Thermal Analysis of the Laser Surface Transformation Hardening Process, Int. J. Heat Mass Transf., 2001, 44(15), p 2845–2862
R. Komanduri and Z.B. Hou, Thermal Analysis of Laser Surface Transformation Hardening - Optimization of Process Parameters, Int. J. Mach. Tools Manuf, 2004, 44(9), p 991–1008
T. Mioković, V. Schulze, O. Vöhringer, and D. Löhe, Influence of Cyclic Temperature Changes on the Microstructure of AISI, 4140 after Laser Surface Hardening, Acta Mater., 2007, 55(2), p 589–599
S. Sarkar, M. Gopinath, S.S. Chakraborty, B. Syed, and A.K. Nath, Analysis of Temperature and Surface Hardening of Low Carbon Thin Steel Sheets Using Yb-Fiber Laser, Surf. Coatings Technol., 2016, 302, p 344–358. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.06.045
L. Orazi, A. Fortunato, G. Cuccolini, and G. Tani, An Efficient Model for Laser Surface Hardening of Hypo-Eutectoid Steels, Appl. Surf. Sci., 2010, 256(6), p 1913–1919
J.S. Selvan, K. Subramanian, and A.K. Nath, Effect of Laser Surface Hardening on En18 (AISI, 5135) Steel, J. Mater. Process. Technol., 1999, 91(1), p 29–36
Y.K. Madhukar, S. Mullick, D.K. Shukla, S. Kumar, and A.K. Nath, Effect of Laser Operating Mode in Paint Removal with a Fiber Laser, Appl. Surf. Sci., 2013, 264, p 892–901. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.10.193
G. Muvvala, D. Patra Karmakar, and A.K. Nath, Online Monitoring of Thermo-Cycles and Its Correlation with Microstructure in Laser Cladding of Nickel Based Super Alloy, Opt. Lasers Eng., 2017, 88, p 139–152. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2016.08.005
C. Technology, A Study on Residual Stresses in Laser Surface, 1989, 38, p 311–324
B.S. Yilbas, M. Sami, and S.Z. Shuja, Laser-Induced Thermal Stresses on Steel Surface, Opt. Lasers Eng., 1998, 30(1–5), p 25–37
N. Huber and J. Heerens, On the Effect of a General Residual Stress State on Indentation and Hardness Testing, Acta Mater., 2008, 56(20), p 6205–6213. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.08.029
K. Tosha, Influence of Residual Stresses on the Hardness Number in the Affected Layer Produced by Shot Peening, Second Asia–Pacific Forum Precis. Surf. Finish. Deburring Technol., 2002, p 48–54.
S. Roy, J. Zhao, P. Shrotriya, and S. Sundararajan, Effect of Laser Treatment Parameters on Surface Modification and Tribological Behavior of AISI, 8620 Steel, Tribol. Int., 2017, 112(February), p 94–102
A. Speidel, A. Hugh, A. Lutey, J. Mitchell-smith, G.A. Rance, E. Liverani, A. Ascari, A. Fortunato, and A. Clare, Surface & Coatings Technology Surface Modi Fi Cation of Mild Steel Using a Combination of Laser and Electrochemical Processes, Surf. Coat. Technol., 2016, 307, p 849–860. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.09.077
D.A. Lesyk, S. Martinez, V.V. Dzhemelinskyy, A. Lamikiz, B.N. Mordyuk, and G.I. Prokopenko, Surface Microrelief and Hardness of Laser Hardened and Ultrasonically Peened AISI, D2 Tool Steel, Surf. Coatings Technol., 2015, 278, p 108–120