Laser, as a source of coherent and

Laser, as a source of coherent and monochromatic radiation and a directed source of non-contact heating offers a wide scope of application in surface engineering of ferrous and non-ferrous materials [1], [2] and [3]. Laser surface engineering of steel based substrates may be classified into laser surface hardening, melting, alloying and cladding. Laser surface hardening involves the laser assisted heating of the surface of steel or cast iron to austenitizing temperature followed by self-quenching to induce martensitic transformation on the surface. This type of surface hardening is a frequently used technique for improving surface hardness and wear resistance of steel components with adequate carbon content/equivalent (>0.4 wt% C). Similarly, laser may also be used as a source of heat to melt the near surface region of steel/cast iron components with higher carbon content to homogenize and refine the surface microstructure and improve the surface dependent mechanical properties like wear and abrasion resistance [3] and [4].

AISI H13 steel is a hot working tool steel which contains chromium, molybdenum and vanadium as the main alloying ingredients and are commonly used in forging dies, hot gripper dies, hot nut tools, hot header dies, brass forging/pressing dies, aluminum base dies, aluminum alloy casting and extrusion dies, zinc die casting dies, extrusion mandrels, plastic molds, cores, die holder blocks, hot press dies and hot working punches [5]. The heat treatment schedule commonly applied for the above-mentioned applications especially for the dies in hot forming applications comprises hardening followed by tempering with a hardness of 44–48 HRc [6] and [7].

During hot forming of aluminum alloys, dies made up of hot working tool steels get exposed to severe operating conditions like thermal and mechanical fatigue (up to 700 °C ), high pressure and high erosion from flowing molten alloy, resulting in surface damages like heat checks, erosion and chemical attack in prime locations, thereby limiting the service life of tools [6]. Bulk mechanical properties like (tensile/compressive) strength and toughness can be improved by tailoring the microstructure using conventional heat treatment. In this regard, it may be noted that high yield strength and tempering resistance at the die surface may delay thermal fatigue crack initiation. It has been observed that thermal fatigue cracking may be reduced by incorporating the maximum amount of carbide forming alloys in solid solution without reducing the toughness significantly, which is achieved by rapid cooling from austenitizing temperature leading to the formation of uniformly distributed alloy carbides [8]. Several surface treatments were attempted to improve the surface properties of such steel for enhanced erosion resistance like nitriding (gas, plasma CVD and PVD), boriding, composite overlaying (using laser, TIG/MIG), laser surface melting and laser shock penning [9], [10], [11] and [12].

In the past, several attempts were made to understand the effect of laser surface melting on the performance of hot work tool steels [13] and [14]. It was observed that the fatigue strength of the laser surface melted specimens decreases remarkably compared to that of the base metal due to brittle microstructure with carbide precipitation at grain boundaries. However, detailed investigation on the genesis of such brittle microstructures and influence of laser parameters on the same developed due to laser surface melting was not attempted.

In the present study, a detailed investigation of the laser surface engineering of quenched and tempered AISI H13 tool steel has been undertaken using a high power diode laser with different process parameters to cause both melting and hardening of the surface and study the influence of laser parameters on the microstructures and relevant mechanical properties (microhardness and tensile strength) of the laser treated components. In addition, the optimum processing zone for laser surface engineering (hardening or melting) has been derived following a detailed structure–property-process parameter correlation exercise using relevant characterization tools and routines.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เลเซอร์ เป็นแหล่งของ coherent และให้ภาพถ่ายรังสี และเป็นแหล่งความร้อน-ติดต่อโดยตรงมีขอบเขตที่กว้างของโปรแกรมประยุกต์ในวิศวกรรมผิววัสดุโลหะ ferrous และเลสส์ [1], [2] และ [3] เลเซอร์วิศวกรรมพื้นผิวของพื้นผิวตามเหล็กอาจแบ่งตามพื้นผิวเลเซอร์เข้มงวดกว่า ละลาย ลเท่านั้น และตบแต่งด้วย เลเซอร์ผิวแข็งเกี่ยวข้องกับความร้อนของเลเซอร์ของผิวเหล็กหรือเหล็กตาม ด้วยชุบด้วยตนเองเพื่อก่อให้เกิดการแปลง martensitic บนพื้นผิวอุณหภูมิ austenitizing ชนิดของพื้นผิวแข็งเป็นเทคนิคที่ใช้บ่อยสำหรับการปรับปรุงพื้นผิวความแข็งและสึกหรอทนของส่วนประกอบของเหล็กกับคาร์บอนพอเนื้อหา/เทียบเท่า (> 0.4 wt % C) ในทำนองเดียวกัน เลเซอร์อาจยังสามารถใช้เป็นแหล่งความร้อนเพื่อละลายภูมิภาคใกล้พื้นผิวของส่วนประกอบเหล็ก/เหล็กมีคาร์บอนสูง homogenize ต่อโครงสร้างจุลภาคที่ผิวคัดสรร และปรับปรุงผิวคุณสมบัติเชิงกลขึ้นเช่นเครื่องแต่งกายและรอยขูดต้านทาน [3] [4] ได้

เหล็ก AISI H13 เป็นร้อนทำเครื่องมือเหล็กที่ประกอบด้วยโครเมียม โมลิบดีนัมและวาเนเดียมเป็นหลักลเท่านั้นส่วนผสม และใช้ในการตีตาย gripper ร้อนตาย อ่อนนุชร้อนเครื่องมือ หัวร้อนตาย ตายปลอม/กดทองเหลือง ตายฐานอลูมิเนียม อลูมิเนียมอัลลอยด์หล่อและอัดตาย สังกะสีตายหล่อตาย mandrels รีด แม่พิมพ์พลาสติก แกน ตายยึดบล็อก ร้อนตายกดและเจาะทำงานร้อน [5] กำหนดการรักษาความร้อนโดยทั่วไปใช้สำหรับการใช้งานดังกล่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งการตายในงานขึ้นรูปร้อนประกอบด้วยแข็งตาม ด้วยการแบ่งเบาบรรเทาด้วยความแข็งของเอชอาร์ซี 44 – 48 [6] [7]

ระหว่างร้อนการขึ้นรูปของโลหะผสมอลูมิเนียม ตายประกอบด้วยเหล็กเครื่องมือทำงานร้อนรับสัมผัสถึงรุนแรงปฏิบัติเช่นความร้อน และเครื่องกลล้า (ถึง 700 ° C), ความดันสูงและการกัดเซาะสูงจากโลหะผสมที่หลอมละลายไหล เกิดความเสียหายของพื้นผิวเช่นตรวจสอบความร้อน พังทลาย และความสมดุลในตำแหน่งนายกรัฐมนตรี งบจำกัดอายุการใช้งานของเครื่องมือ [6] จำนวนมากคุณสมบัติทางกลเช่นความแข็งแรง (แรง ดึง/compressive) และนึ่งสามารถปรับปรุง โดยการปรับปรุงต่อโครงสร้างจุลภาคโดยใช้ความร้อนปลาแซลมอน ในเรื่องนี้ มันอาจบันทึกว่า ความแข็งแรงผลผลิตสูงและต้านทานที่ผิวตายแบ่งเบาบรรเทาอาจเลื่อนล้าร้อนแตกเริ่มต้น มันมีการสังเกตว่า ความเมื่อยล้าความร้อนแตกอาจจะลดลง โดยเพจคาร์ไบด์ขึ้นรูปโลหะในโซลูชันของแข็ง โดยการนึ่งที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ จำนวน ซึ่งสามารถทำได้ โดยการทำความเย็นอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิ austenitizing นำไปสู่การก่อตัวของโลหะผสมกระจายสม่ำเสมอเมื่อเทียบเคียง carbides [8] รักษาพื้นผิวต่าง ๆ ได้พยายามปรับปรุงคุณสมบัติพื้นผิวของเหล็กดังกล่าวสำหรับความต้านทานต่อการกัดเซาะเพิ่มขึ้นเช่นทำไนไตรด์ (แก๊ส พลาสม่าผิว CVD และ PVD), boriding คอมโพสิตที่ว่า (ใช้เลเซอร์ TIG/MIG), เลเซอร์ผิวละลายและช็อกเลเซอร์ penning [9], [10], [11] [12]

ในอดีต ทำความพยายามหลายครั้งเพื่อทำความเข้าใจผลของเลเซอร์ผิวละลายประสิทธิภาพในการทำงานพร้อมเครื่องมือเหล็กกล้า [13] และ [14] มันถูกพบว่า ความแข็งแรงล้าของลดลงไว้เป็นตัวอย่างหลอมผิวเลเซอร์ทแบบเปรียบเทียบกับโลหะฐานเนื่องจากเปราะต่อโครงสร้างจุลภาค ด้วยฝนไฮไดรด์ที่ขอบเม็ด อย่างไรก็ตาม ตรวจสอบรายละเอียดในปฐมกาล microstructures เปราะและอิทธิพลของพารามิเตอร์การเลเซอร์เหมือนกันพัฒนาเนื่องจากเลเซอร์ผิวละลายดังกล่าวมีความพยายามไม่

ในการศึกษาปัจจุบัน ตรวจสอบรายละเอียดของวิศวกรรมพื้นผิวเลเซอร์ของ quenched และแก้วกระจก AISI H13 เหล็กเครื่องมือได้ถูกดำเนินโดยใช้ไดโอดกำลังสูงเป็นเลเซอร์กับพารามิเตอร์ในกระบวนการต่าง ๆ ทำให้เกิดการละลาย และเข้มงวดกว่าของพื้นผิว และศึกษาอิทธิพลของเลเซอร์พารามิเตอร์ microstructures และที่เกี่ยวข้องคุณสมบัติทางกล (microhardness และแรง) ของเลเซอร์ คอมโพเนนต์ แห่ง เขตอุตสาหกรรมที่เหมาะสมสำหรับเลเซอร์วิศวกรรมพื้นผิว (เข้มงวดกว่า หรือละลาย) ได้รับมาออกกำลังกายความสัมพันธ์ของรายละเอียดโครงสร้างกระบวนการคุณสมบัติพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องจำแนกเครื่องมือและคำสั่งต่อไปนี้

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เลเซอร์เป็นแหล่งเชื่อมโยงกันและรังสี monochromatic และกำกับแหล่งที่มาของความร้อนแบบไม่สัมผัส มีขอบเขตกว้างของการประยุกต์ใช้ในงานวิศวกรรมพื้นผิวของเหล็กและอโลหะวัสดุ [ 1 ] , [ 2 ] และ [ 3 ] เลเซอร์ผิววิศวกรรมเหล็กตามพื้นผิวอาจจะแบ่งเป็น เลเซอร์ ชุบผิวแข็งให้ละลายผสมกับ claddingการชุบผิวแข็งที่เกี่ยวข้องกับเลเซอร์เลเซอร์ช่วยความร้อนของพื้นผิวของเหล็กกล้าหรือเหล็กหล่อ วิศวกรรมเพิ่มขึ้นตามมาด้วยตนเองเพื่อให้เกิดการชุบมาร์เทนซิติคบนพื้นผิว การชุบผิวแข็งชนิดนี้ถูกใช้บ่อยในการปรับปรุงความแข็งผิวและการต้านทานการสึกหรอของชิ้นส่วนเหล็กเพียงพอกับปริมาณคาร์บอน / เทียบเท่า ( > 0.4 เปอร์เซ็นต์ C )นอกจากนี้เลเซอร์ยังอาจใช้เป็นแหล่งความร้อนเพื่อละลายใกล้พื้นผิวเขตของเหล็กโยนส่วนประกอบเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนสูงเดียวกันและปรับแต่งพื้นผิว โครงสร้าง และปรับปรุงพื้นผิวขึ้นอยู่กับสมบัติการสึกหรอและความต้านทานต่อการขัดถู [ 3 ] และ [ 4 ] .

AISI h13 เหล็กร้อนทำงาน เครื่องมือเหล็กที่มีโครเมียมโมลิบดินัม และวานาเดียมเป็นหลัก ผสมส่วนผสมและมักใช้ในการปลอมตาย ร้อนหนีบตาย เครื่องมือนัทร้อน ร้อนหัว ตาย ทองเหลืองปลอม / กดตาย ฐานอลูมิเนียมตายหล่อแม่พิมพ์รีดอลูมิเนียมและสังกะสีตายหล่อตาย , รีด mandrels พลาสติก , แม่พิมพ์ , แกน , ตายเจ้าของบล็อกตาย กด ร้อนและเจาะทำงานร้อน [ 5 ]รักษาความร้อนตารางปกติจะใช้สำหรับการใช้งานดังกล่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตายร้อนเป็นโปรแกรมประกอบด้วยการชุบแข็งตามด้วยกับความแข็งของเหล็ก 44 และ 48 [ 6 ] [ 7 ] .

ช่วงร้อน การขึ้นรูปของโลหะผสมอลูมิเนียมตายสร้างขึ้นจากเหล็กกล้าเครื่องมือทำงานร้อนได้สัมผัสกับสภาวะความร้อนรุนแรงเช่น ความเมื่อยล้าและเครื่องกล ( ถึง 700 องศา C )แรงดันสูงและการกัดกร่อนสูงจากไหลหล่อโลหะผสม ส่งผลให้เกิดความเสียหายผิว เช่น การตรวจสอบความร้อน การกัดกร่อน และการโจมตีทางเคมีในสถานที่เฉพาะ งบจำกัดการใช้งานของเครื่องมือ [ 6 ] คุณสมบัติทางกลเป็นจํานวนมาก เช่น ( แรง / อัด ) ความแข็งแรงและความทนทานที่สามารถปรับปรุงโดยปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคโดยใช้ความร้อนปกติ ในการนี้อาจจะสังเกตได้ว่าแรงผลผลิตสูงและการต้านทานที่พื้นผิวตายอาจชะลอความร้อนรอยร้าวล้าเริ่มต้น มันได้รับการตรวจสอบความร้อน ความเหนื่อยล้าที่แตกอาจจะลดลงโดยรวมจำนวนเงินสูงสุดของคาร์ไบด์ขึ้นรูปโลหะในสารละลายของแข็งโดยไม่ลดความเหนียวอย่างมากซึ่งความเย็นอย่างรวดเร็วจากวิศวกรรมเพิ่มขึ้น นำไปสู่การก่อตัวของจุดกระจายโลหะคาร์ไบด์ [ 8 ] การรักษาพื้นผิวหลายพยายามที่จะปรับปรุงคุณสมบัติของพื้นผิว เช่น เหล็ก เพื่อช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน เช่น ไนไตรดิง ( ก๊าซ , CVD และ PVD พลาสมา ) บอไรดิง คอมโพสิตซ้อนทับ ( โดยใช้เลเซอร์ , TIG / MIG ) ,เลเซอร์ละลายผิวและเลเซอร์ ช็อต penning [ 9 ] , [ 10 ] [ 11 ] และ [ 12 ] .

เมื่อก่อน พยายามหลายครั้งที่จะเข้าใจผลกระทบของเลเซอร์ละลายบนผิว ประสิทธิภาพของเครื่องมืองานร้อนเหล็กกล้า [ 13 ] และ [ 14 ]พบว่า ความล้าของผิว เลเซอร์ ละลายตัวอย่างลดลงมากเมื่อเทียบกับที่ของฐานโลหะเนื่องจากเปราะ โครงสร้างจุลภาคกับคาร์ไบด์ ฝนที่ขอบเกรน อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบรายละเอียดเกี่ยวกับการกำเนิดของอิทธิพลของตัวแปรโครงสร้าง เช่น เปราะและเลเซอร์ในเดียวกันการพัฒนาเนื่องจากละลายผิว เลเซอร์ ไม่พยายาม

ในการศึกษาครั้งนี้ตรวจสอบรายละเอียดของพื้นผิวของกระจกเลเซอร์วิศวกรรมดับและ AISI h13 เครื่องมือเหล็ก ได้ดำเนินการใช้ไดโอดเลเซอร์พลังสูงด้วยกระบวนการที่แตกต่างกันพารามิเตอร์เพื่อก่อให้เกิดทั้งการหลอมเหลวและการแข็งตัวของพื้นผิวและศึกษาอิทธิพลของตัวแปรเลเซอร์ต่อโครงสร้างจุลภาคและสมบัติเชิงกลที่เกี่ยวข้อง ( ความแข็งและความทนแรงดึงของเลเซอร์ส่วนประกอบนอกจากนี้ เขตอุตสาหกรรมที่เหมาะสมสำหรับวิศวกรรมพื้นผิวเลเซอร์ ( แข็งหรือละลาย ) มีที่มาดังต่อไปนี้รายละเอียดโครงสร้างและกระบวนการคุณสมบัติของพารามิเตอร์ความสัมพันธ์การออกกำลังกายโดยใช้เครื่องมือการศึกษาที่เกี่ยวข้องและกิจวัตรประจำวัน