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什么讓它取得了如此的地位?激光拋光不得不說的秘密

發布:2022-05-30 10:30作者:www.yattendonparish.com點擊:808次

是什么賦予了它這樣的地位?激光拋光的秘訣:工件的塑性變形是由于單個晶粒的變形。當滑動面達到臨界剪切應力時,晶粒開始變形。原子層在光滑的表面上滑動。局部剪應力的大小用 Schmidt 描述,很大程度上取決于滑動拉應力的方向。
晶格或滑動表面的不同取向導致單個晶粒的不同變形。這會在表面上創建臺階。
除了由表層塑性變形引起的膨脹外,這種變形還會產生稱為階梯結構的第二種表面結構。這些通道發生在靠近表面的晶界處,可以大到 5 μm。材料 1.2782 和 1.4571 的階梯結構在沒有相變的情況下進行了研究,因為這些材料的階梯結構不受其他表面結構的影響,例如涂有馬氏體針的 B。兩種材料都有兩種粒徑。
階梯結構造成的粗糙度隨著加工步驟數的增加和凹槽之間的微小偏差而增加。如果材料最初凝固,任何重熔過程仍會導致塑性變形。因此,塑性變形和由此產生的通道會隨著每次回流逐步增加。此外,階梯結構的形成受起始材料的晶粒尺寸或在凝固期間表現出非外延晶粒生長的材料的銑削晶粒尺寸的影響。
對層狀結構形成的主要影響可歸納如下:
材料性能:變形塑性、彈性模量、膨脹系數;階躍幅度隨級數增大,隨軌道位移和掃描速度減??;以及起始材料的晶粒尺寸和熔融晶粒在環境中的生長
由于工具鋼的激光拋光工藝冷卻速度快,熔融表面形成馬氏體組織。因此,馬氏體針也是影響稱為微網格(λ <10m)的短波長范圍粗糙度的技術表面結構。
對馬氏體組織形成的主要影響可歸納如下:
只有改質鋼才能形成馬氏體組織;表面碳化可以完全阻止馬氏體的形成; CO2 用作工藝氣體,許多系列和小的軌道位移導致碳的去除。
在 X38CrMoV5-1 (1.2343, AISI H11) 和 Ti6Al4V 樣品上進行激光微摻雜。具有重疊恢復點(基態拋光)的激光拋光實驗表明,在一個脈沖的恢復過程中產生的結構在下一個點的回流過程中部分或完全變平。
使用白光干涉儀 (WLI)、光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡 (SEM) 分析變化區。在實驗過程中,可以識別六種不同的表面結構。圖 10 提供了這些結構的概覽。雖然其中三個結構是由工藝本身產生的(“工藝誘導的表面結構”),因此總是發生在激光微拋光中,但其他三個是由所使用的材料產生的(“工藝誘導的材料表面結構”) .這意味著它們僅在材料具有某些特性(例如分層或夾雜物)時才會出現。
?在用單個激光脈沖暴露于表面后,粗糙度在整個過程中都是可見的,并且超過了機械拋光樣品的初始表面粗糙度。振幅約為 0.3 μm,這意味著微波對表面形貌的影響對應于底切效應。激光束的強度分布并不理想(例如高斯或圓柱形),但總是存在局部缺陷(局部不均勻性)。
固體:激光通量密度太??低而無法熔化表面。在這種情況下,粗糙度不會從初始粗糙度改變。
熔融狀態:在更高的激光飛行中,表面被激光輻射熔化并產生光滑度。
熔化+局部蒸發區:進一步增加激光通量密度,粗糙度顯著增加。如果由于熔池的溫度均勻性,局部溫度超過表面蒸發溫度,就會發生蒸發,表面這些部分的蒸汽壓急劇上升。
蒸發狀態:在非常高的激光通量下,整個熔池都會發生蒸發,從而導致熔融和熔融+蒸發之間的表面粗糙度。
不考慮熔池的邊緣。特別是在汽化狀態下,材料重新分布并導致界面膨脹,這增加了激光微拋光后的表面粗糙度,因此產生了比熔融+汽化狀態更大的表面粗糙度。
通常,由于材料的強度和吸收性不均勻,這些微皺是局部的。為了實現低微粗糙度,強度分布和材料必須盡可能均勻。
邊界膨脹僅在使用高帶寬時發生。在這種情況下,可以在拋光過程中觀察到強烈的等離子體形成,這是材料蒸發的跡象。在表面與激光脈沖相互作用后,材料在回流區重新分布:部分材料從熔池中心向邊緣排斥。突起的高度可以小到幾微米。在一些非常強烈的沖擊下,材料甚至可以從激光和材料之間的相互作用區域噴射出來。材料的徑向運動增加了激光束的有效直徑。
通常,當使用高激光通量密度時,界面會膨脹,導致材料蒸發。這意味著可以通過熔融拋光來防止界面的擴展。
一些不熔材料拋光后,表面會出現疤痕狀結構(孔洞)。硫化物和氧化物的夾雜物;氮夾雜物不影響空隙的形成。亞硫酸鹽夾雜物或其分解產物強烈吸收激光輻射,而氧化物夾雜物由于其低導熱性而導致熱量積聚。在這兩種情況下,材料在表面上的這些點加熱到一定程度,以至于材料爆炸性地蒸發并形成類似火山口的結構(孔)。
也可以在用連續激光進行激光微拋光(激光宏觀拋光)之前對表面進行回流,以獲得很少或沒有孔隙的表面。
X38CrMoV5-1激光微拋光后形成微結構,其能量密度通常太低,無法有效平滑表面。結構的橫向尺寸約為 0.5-2 μm。 EDX 測量表明這些結構具有高碳含量。在較高的激光曝光下(在常規拋光和有效拋光曝光范圍內),不會出現微結構。
碳含量表明結構由碳化物夾雜物組成。這些夾雜物的熔點通常高于母金屬的熔點。當熔體溫度在主要金屬的熔點和夾雜物的熔點之間時,形成主要金屬的熔池,但碳化物夾雜物保持固定。一旦凝固,它可以被認為是微結構。如果由于激光飛行較高,熔化溫度超過夾雜物的熔點,則熔池中的碳化物會溶解,凝固后不會留下任何組織。
由于微結構僅在低曝光下出現,這不是激光微拋光(沒有有效拋光)的典型特征,因此使用更高的密度會阻止這些結構的形成。
確定在連續激光輻射的激光宏觀拋光和脈沖激光輻射的激光微拋光中出現的不同表面結構。結構受拋光工藝本身(工藝誘導結構)或材料(材料誘導結構)的影響。對于要分析的每個結構,可以確定生成該結構的機制。此外,建議如何減少設計對粗糙度的影響。
在某些情況下,需要對工藝參數進行反向調整。例如,在激光大拋光工藝中,較小的底切需要較慢的掃描速度,但較精細的結構需要較高的掃描速度。這意味著并非所有結構都可以同時鎖定,總會有表面結構。為了實現盡可能低的表面粗糙度,必須在不同表面結構之間找到平衡:必須設置工藝參數,以便所有結構共同導致盡可能低的表面粗糙度。
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