ლაზერული ჩაქრობის ტექნოლოგიისთვის შესაფერისი მასალის ტიპებისა და მახასიათებლების ანალიზი

I. შავი ლითონების მასალები (ამჟამად ყველაზე გავრცელებული გამოყენება)

1. საშუალო და მაღალი ნახშირბადოვანი ფოლადი (ნახშირბადის შემცველობა 0.3%~0.8%), ტიპიური მასალები:

45 ფოლადი (მაღალი ხარისხის საშუალო ნახშირბადოვანი სტრუქტურული ფოლადი), რომელიც JIS სტანდარტებში, ASTM 1045/080M46-სა და DIN C45-ში აღნიშნულია, როგორც S45C, არის პრემიუმ კლასის ნახშირბადოვანი სტრუქტურული ფოლადი შემდეგი ქიმიური შემადგენლობით: 0.42-0.50% ნახშირბადი (C), 0.17-0.37% სილიციუმი (Si), 0.50-0.80% მანგანუმი (Mn) და ≤0.25% ქრომი (Cr). ეს მრავალმხრივი მასალა ავლენს შესანიშნავ ცივ/ცხელ დამუშავებადობას, უმაღლეს მექანიკურ თვისებებს, ეკონომიურობას და ფართო ხელმისაწვდომობას, რაც მას ფართოდ გამოყენების საშუალებას აძლევს სამრეწველო დანიშნულებით. თუმცა, მისი ძირითადი შეზღუდვა დაბალი გამაგრებადობაა, რაც მას არ არის შესაფერისი კომპონენტების წარმოებისთვის, რომლებიც მოითხოვენ დიდი განივი ზომების ან მაღალი სიზუსტის სტანდარტებს.

T8 ფოლადი: ევტექტოიდური ნახშირბადოვანი ხელსაწყოების ფოლადი, რომელიც გამაგრებისა და გამაგრების შემდეგ ავლენს მაღალ სიმტკიცეს და ცვეთამედეგობას, თუმცა მას აქვს შეზღუდვები, მათ შორის დაბალი ცხელი გამაგრება, ცუდი გამაგრება და დამუშავების დროს გადახურებისას დეფორმაციისადმი მგრძნობელობა. ეს მასალა შეესაბამება GB/T 1298 სერიის სტანდარტებს, შეიცავს 0.75%-დან 0.84%-მდე ნახშირბადის შემცველობას, რაც მას გამოსადეგს ხდის მარტივი ფორმის ცივი ფორმირების შტამპებისა და საჭრელი ხელსაწყოების წარმოებისთვის. გამაგრების პროცესი მოითხოვს წყლით გაგრილებას 780-800℃°C ტემპერატურაზე, ხოლო 250℃°C-ზე მეტი ტემპერატურა უზრუნველყოფს განზომილებიან სტაბილურობას. თუმცა, მისი გამოყენება არ არის რეკომენდებული დარტყმითი დატვირთვისადმი გამძლეობის საჭიროების მქონე აპლიკაციებისთვის.

65Mn ფოლადი: ზამბარიანი ფოლადის პროდუქტი, რომელსაც თერმული დამუშავებისა და ცივი დაჭიმვით გამკვრივების შემდეგ მაღალი სიმტკიცე აქვს, რაც კარგ მოქნილობას და პლასტიურობას უზრუნველყოფს. იდენტური ზედაპირის პირობებში და სრული გამკვრივებისას, მისი დაღლილობის ზღვარი ხუთფეროვანი შენადნობის ზამბარების ტოლია. თუმცა, ცუდი გამკვრივების გამო, იგი ძირითადად გამოიყენება მცირე ზომის ზამბარებისთვის, როგორიცაა წნევის რეგულირებადი/სიჩქარის მარეგულირებელი ზამბარები, ძალის საზომი ზამბარები, ზოგადი მექანიკური წრიული/მართკუთხა სპირალური ზამბარები ან მავთულით დაჭიმული ფოლადის ზამბარები მცირე ზომის დანადგარებისთვის. გამკვრივების ეფექტი: ზედაპირის სიმტკიცე აღწევს 55-65 HRC-ს, გამაგრებული ფენის სიღრმით 0.2~1.5 მმ, ხასიათდება ერთგვაროვანი მარტენსიტული სტრუქტურით და მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებული ცვეთისადმი მდგრადობით (მაგ., 45 ფოლადის ცვეთის ვადა გამაგრების შემდეგ 4-6-ჯერ იზრდება). გამოდგება გადაცემათა კოლოფებისთვის, ქინძისთავებისთვის და ლილვის კომპონენტებისთვის. მექანიზმი: საკმარისი ნახშირბადის შემცველობა წარმოქმნის უხვად მარტენსიტს, რომელიც სწრაფი ლაზერული გათბობის დროს განიცდის სრულ აუსტენიტიზაციას და აღწევს სრულ ფაზურ ტრანსფორმაციას თვითგაგრილების გამაგრების გზით.

2. შენადნობის კონსტრუქციული ფოლადი (დაამატეთ Cr, Ni, Mo და სხვა ელემენტები), ტიპიური მასალები:

40Cr: (40Cr მიეკუთვნება GB3077-ში განსაზღვრული „შენადნობი კონსტრუქციული ფოლადის“ კატეგორიას. ეს ფოლადი შეიცავს 0.37%-0.44% ნახშირბადს, რაც ოდნავ ნაკლებია 45 ფოლადზე, შედარებითი Si და Mn შემცველობით. ის შეიცავს 0.80%-1.10% Cr-ს. ცხელ ნაგლინში, ეს 1% Cr შემცველობა არსებითად არაეფექტურია, რადგან ორივე კლასი ავლენს მსგავს მექანიკურ თვისებებს. იმის გათვალისწინებით, რომ 40Cr დაახლოებით 45 ფოლადზე ნახევარი ღირს, ეკონომიკური მოსაზრებები ხშირად იწვევს 45 ფოლადის გამოყენებას, როდესაც ეს შესაძლებელია.)

35CrMo: 35CrMo არის შენადნობის კონსტრუქციული ფოლადის (შენადნობის გამომშრალი და გამაგრებული ფოლადი) სპეციფიკაციის კოდი, რომელიც შეესაბამება გერმანულ სტანდარტს 1.7220, ბრიტანულ სტანდარტს 708A37, ფრანგულ სტანდარტს 35CD4 და ა.შ., GB/T 3077-2015-ის შესაბამისად. მას აქვს 0.72% ნახშირბადის ექვივალენტი, ცუდი შედუღებადობა, რაც მოითხოვს წინასწარ გაცხელების ზომებს. ეს ფოლადი ავლენს მაღალ სტატიკურ და დარტყმისადმი სიმტკიცეს, დაჭიმვის სიმტკიცით ≥985MPa და დენადობის ზღვარით ≥835MPa, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს 500℃-მდე ხანგრძლივ სამუშაო ტემპერატურას. იგი გამოდგება მაღალი დატვირთვის მექანიკური კომპონენტების წარმოებისთვის, როგორიცაა გადაცემათა კოლოფები, მუხლა ლილვები, შემაერთებელი ღეროები და ორთქლის ტურბინის შპინდელები საგორავ ქარხნებში.

20CrMnTi: კარბურიზებული ფოლადი 0.17%-0.24%-იანი ნახშირბადის შემცველობით, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ავტომობილების წარმოებაში ტრანსმისიის მექანიზმებისთვის. როგორც საშუალოდ გამკვრივების კარბურიზებული ფოლადი (Cr-Mn-Ti), ის ავლენს გამორჩეულ გამკვრივებას და ამავდროულად ინარჩუნებს მაღალ დაბალ ტემპერატურაზე დარტყმისადმი სიმტკიცეს. სპეციალურად ზედაპირული კარბურიზაციისთვის შექმნილი ეს ფოლადი ავლენს შესანიშნავ დამუშავებადობას მინიმალური დეფორმაციით და განსაკუთრებული დაღლილობისადმი გამძლეობით. მისი ძირითადი გამოყენება მოიცავს ლილვის კომპონენტების, დგუშის ნაწილების და ავტომობილებისა და თვითმფრინავების სპეციალიზებული კომპონენტების წარმოებას.

ჩაქრობის ეფექტი: სიმტკიცე შეიძლება მიაღწიოს 60~70 HRC-ს, გამაგრებული ფენის სიღრმე 0.3~2 მმ-ია, შენადნობის ელემენტები აუმჯობესებენ გამკვრივებას და კოროზიისადმი მდგრადობას (მაგალითად, 35CrMo გადაცემათა კოლოფი ჩაქრობის შემდეგ დაღლილობის სიმტკიცეს 30%-ით ზრდის).

შენიშვნა: შენადნობის მაღალმა შემცველობამ შეიძლება შეამციროს ლაზერის შთანთქმის სიჩქარე, ამიტომ აუცილებელია ენერგიის შთანთქმის ეფექტურობის გაზრდა გაშავების დამუშავებით (მაგალითად, ფოსფატირებით და საფარით).

3. თუჯი (ნაცრისფერი თუჯი, დრეკადი თუჯი), ტიპიური მასალები:

HT300: წარმოადგენს მაღალი სიმტკიცის ნაცრისფერი თუჯის პერლიტის ტიპს, რომელიც შეესაბამება ეროვნულ სტანდარტს GB 9439-88, მისი სახელწოდება „HT“ აღნიშნავს ნაცრისფერ თუჯს, ხოლო „300“ მიუთითებს, რომ 30 მმ დიამეტრის სატესტო ღეროს მინიმალური დაჭიმვის სიმტკიცეა 300 მპა.

QT600-3: QT600-3 არის პერლიტური კორპუსის დრეკადი რკინა, საშუალო და მაღალი სიმტკიცით, საშუალო სიმტკიცითა და პლასტიურობით, მაღალი ყოვლისმომცველი მახასიათებლებით, კარგი ცვეთამედეგობითა და ვიბრაციის დემპინგით, კარგი ჩამოსხმის პროცესის მახასიათებლებით. მას შეუძლია შეცვალოს თავისი თვისებები სხვადასხვა თერმული დამუშავების დროს.

ჩაქრობის ეფექტი: ზედაპირის სიმტკიცე შეიძლება მიაღწიოს 45~55 HRC-ს, გამაგრებული ფენის სიღრმე 0.1~0.8 მმ-ია, ხოლო მარტენსიტის + ნარჩენი აუსტენიტის სტრუქტურა ყალიბდება გრაფიტის ფაზის გარშემო, რაც აძლიერებს დაფქვის საწინააღმდეგო უნარს (მაგალითად, ჩაქრობის შემდეგ დაზგის სახელმძღვანელო რელსის ხახუნის კოეფიციენტი მცირდება 20%-ით).

II. ფერადი ლითონები და მათი შენადნობები (ახალი გამოყენების სფეროები)

1. ტიტანის შენადნობი (Ti-6Al-4V და ა.შ.)

ტიტანის შენადნობი გულისხმობს ტიტანისა და სხვა ლითონებისგან დამზადებულ სხვადასხვა შენადნობებს. ტიტანი მნიშვნელოვანი სტრუქტურული ლითონია, რომელიც შემუშავდა 1950-იან წლებში, ტიტანის შენადნობის სიმტკიცით, კოროზიისადმი მდგრადობით და მაღალი სითბოს მდგრადობით.

გამკვრივების მახასიათებლები: ლაზერული გათბობა ხელს უწყობს ზედაპირზე ზეგაჯერებული მარტენსიტის წარმოქმნას, ხოლო სიმტკიცე იზრდება 300 HV-დან 500~600 HV-მდე, კარგი სიმტკიცის შენარჩუნებით (შესაფერისი აეროძრავის პირების გამაგრებისთვის).

  ტექნიკური სირთულე: ტიტანის შენადნობს აქვს მაღალი ლაზერული არეკვლის უნარი (დაახლოებით 70%), ამიტომ უნდა იქნას გამოყენებული ზედაპირის წინასწარი დამუშავება (მაგალითად, ქვიშაქვით დამუშავება) ან ულტრაიისფერი ლაზერი (ტალღის სიგრძე 355 ნმ, არეკვლის უნარი 30%-ზე ნაკლები).

2. ალუმინის შენადნობი (2xxx სერია, 7xxx სერია)

ეს არის ალუმინის ბაზაზე დამზადებული შენადნობის მასალა, რომელიც შეიცავს დამატებულ ელემენტებს, როგორიცაა სპილენძი, სილიციუმი, მაგნიუმი, თუთია და მანგანუმი. ელემენტების თანაფარდობის კორექტირების გზით, ის ქმნის 1XXX-დან 8XXX-მდე სერიას, რომელიც მოიცავს სამრეწველო სუფთა ალუმინის და ალუმინ-სპილენძის შენადნობებს. მისი მდგომარეობის კოდების სისტემა ეფუძნება ხუთ ფუნდამენტურ მდგომარეობას, მათ შორის F (თავისუფალი დამუშავება) და O (გახურება), დეტალური კოდებით, როგორიცაა T6, რაც საშუალებას იძლევა სიმტკიცისა და კოროზიისადმი მდგრადობის თვისებების ზუსტი კონტროლისთვის.

ჩაქრობის მექანიზმი: მყარი ხსნარის გამყარება მიიღწევა ლაზერის სწრაფი გაცხელებით და თვითგაგრილების შემდეგ წარმოიქმნება მეტასტაბილური დალექილი ფაზა (მაგალითად, 7075 ალუმინის შენადნობის სიმტკიცე გაქრობის შემდეგ 150 HV-დან 220 HV-მდე იზრდება).

განაცხადის შეზღუდვები: ალუმინის შენადნობს აქვს ძლიერი თბოგამტარობა (თბოგამტარობა დაახლოებით 200 W/m K), გათბობის ეფექტურობის უზრუნველსაყოფად საჭიროა მაღალი სიმძლავრის ლაზერი (≥2 კვტ) და ადვილად წარმოქმნის თერმულ დაძაბულ დეფორმაციას.

3. კალის შენადნობები (თითბერი, ბრინჯაო)

ეს არის შენადნობი, რომელიც შედგება სუფთა სპილენძისგან და ერთი ან მეტი დამატებითი ელემენტისგან. გამოყენება: ცვეთამედეგი კომპონენტების (მაგ., საკისრების, სარქველების) ზედაპირული გამკვრივება. ლაზერული ჩაქრობის შემდეგ, ზედაპირი წარმოქმნის ნანოკრისტალურ სტრუქტურას, რაც ზრდის სიმტკიცეს 15%-დან 30%-მდე. თუმცა, გათბობის ტემპერატურა უნდა იყოს კონტროლირებადი, რათა თავიდან იქნას აცილებული სპილენძის მატრიცის დარბილება.

III. სპეციალური ფუნქციური მასალები

1. ფხვნილის მეტალურგიის მასალები (მაგ., რკინის და სპილენძის ბაზაზე დამზადებული ფხვნილის მეტალურგიული კომპონენტები) უპირატესობები: ფოროვან სტრუქტურას შეუძლია საპოხი ზეთის შენახვა, ხოლო ზედაპირი ლაზერული გაქრობის შემდეგ უფრო მკვრივი ხდება. სიმტკიცე იზრდება 20-30 HRC-დან 50-55 HRC-მდე, რაც მათ თვითშეზეთვადი საკისრებისთვის შესაფერისს ხდის.

2. ზედაპირის საფარის მასალები (მაგ., თერმული შესხურების საფარი და მოპირკეთების ფენები) ტიპიური გამოყენება: ნახშირბადოვანი ფოლადის ზედაპირებზე შესხურებული WC-Co საფარის ლაზერული გაქრობის შემდეგ წარმოიქმნება „მარტენსიტის მატრიცა + ცემენტირებული კარბიდის ფაზა“ კომპოზიტური სტრუქტურა, რომელიც აღწევს 1000 HV-ზე მეტ სიმტკიცეს. ეს მასალები გამოიყენება სამთო დანადგარების ცვეთამედეგ კომპონენტებში.

IV. ლაზერული ჩაქრობისთვის უვარგისი მასალები, რომლებიც არ არის შესაფერისი.

დაბალნახშირბადიანი ფოლადი (ნახშირბადის შემცველობა ნახშირბადის არასაკმარისი შემცველობის გამო, მარტენსიტული ტრანსფორმაცია მინიმალურია, რაც იწვევს გამკვრივების სუსტ ეფექტს (სიმაგრის ზრდა

სუფთა აუსტენიტური უჟანგავი ფოლადი (მაგ., 316L): არ გააჩნია მარტენსიტული ტრანსფორმაციის უნარი. ლაზერული გაცხელება იწვევს მხოლოდ სამუშაო გამკვრივებას შეზღუდული სიმტკიცის გაუმჯობესებით (დაახლოებით 15%-20%).