लेजर शमन तकनीक के लिए उपयुक्त सामग्री के प्रकार और विशेषताओं का विश्लेषण

I. लौह धातु सामग्री (वर्तमान में सबसे प्रचलित अनुप्रयोग)

1. मध्यम और उच्च कार्बन इस्पात (कार्बन की मात्रा 0.3%~0.8%), विशिष्ट सामग्री:

45 स्टील उच्च गुणवत्ता वाला मध्यम कार्बन संरचनात्मक इस्पात, जिसे JIS मानकों, ASTM 1045/080M46 और DIN C45 में S45C के रूप में नामित किया गया है, एक प्रीमियम कार्बन संरचनात्मक इस्पात है जिसकी रासायनिक संरचना इस प्रकार है: 0.42-0.50% कार्बन (C), 0.17-0.37% सिलिकॉन (Si), 0.50-0.80% मैंगनीज (Mn), और ≤0.25% क्रोमियम (Cr)। यह बहुमुखी सामग्री उत्कृष्ट ठंडी/गर्म कार्यक्षमता, बेहतर यांत्रिक गुण, किफायती कीमत और व्यापक उपलब्धता प्रदर्शित करती है, जिसके कारण औद्योगिक अनुप्रयोगों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालांकि, इसकी मुख्य सीमा इसकी कम कठोरता है, जिसके कारण यह बड़े अनुप्रस्थ काट आयामों या उच्च परिशुद्धता मानकों की आवश्यकता वाले घटकों के निर्माण के लिए अनुपयुक्त है।

टी8 स्टील: यह एक यूटेक्टॉइड कार्बन टूल स्टील है जो शमन और तापन के बाद उच्च कठोरता और घिसाव प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, हालांकि इसमें कुछ कमियां भी हैं, जैसे कम तापीय कठोरता, कम कठोरता और मशीनिंग के दौरान अत्यधिक गर्मी से विरूपण की संभावना। यह सामग्री GB/T 1298 श्रृंखला के मानकों का अनुपालन करती है, जिसमें कार्बन की मात्रा 0.75% से 0.84% ​​के बीच होती है, जो इसे सरल आकार के कोल्ड-फॉर्मिंग डाई और कटिंग टूल के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाती है। शमन प्रक्रिया के लिए 780-800°C पर जल शीतलन की आवश्यकता होती है, जबकि 250°C से ऊपर तापन आयामी स्थिरता सुनिश्चित करता है। हालांकि, इसे प्रभाव भार प्रतिरोध की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित नहीं किया जाता है।

65 मिलियन स्टील: हीट ट्रीटमेंट और कोल्ड ड्रॉइंग हार्डनिंग के बाद उच्च शक्ति वाला स्प्रिंग स्टील उत्पाद, जो अच्छी लचीलता और प्लास्टिसिटी प्रदान करता है। समान सतह स्थितियों और पूर्ण हार्डनिंग के तहत, इसकी थकान सीमा पांच-रंग मिश्र धातु स्प्रिंग के बराबर होती है। हालांकि, इसकी कठोरता कम होने के कारण, इसका उपयोग मुख्य रूप से छोटे आकार के स्प्रिंग जैसे कि दबाव-समायोजन/गति-नियंत्रक स्प्रिंग, बल-मापन स्प्रिंग, सामान्य यांत्रिक वृत्ताकार/आयताकार पेचदार स्प्रिंग, या छोटी मशीनरी के लिए वायर-ड्रॉन स्टील स्प्रिंग में किया जाता है। हार्डनिंग प्रभाव: कठोर परत की गहराई 0.2~1.5 मिमी होने पर सतह की कठोरता 55-65 HRC तक पहुँच जाती है, जिसमें एकसमान मार्टेंसिटिक संरचना और उल्लेखनीय रूप से बेहतर घिसाव प्रतिरोध होता है (उदाहरण के लिए, 45 स्टील का घिसाव जीवन शमन के बाद 4-6 गुना बढ़ जाता है)। गियर, पिन और शाफ्ट घटकों के लिए उपयुक्त। क्रियाविधि: पर्याप्त कार्बन सामग्री प्रचुर मात्रा में मार्टेंसाइट का निर्माण करती है, जो तीव्र लेजर हीटिंग के दौरान पूर्ण ऑस्टेनाइजेशन से गुजरती है और स्व-शीतलन शमन के माध्यम से पूर्ण चरण परिवर्तन प्राप्त करती है।

2. मिश्रधातु संरचनात्मक इस्पात (क्रोमियम, निकेल, मोलिब्डेनम और अन्य तत्वों का मिश्रण), विशिष्ट सामग्री:

40 करोड़: (GB3077 में परिभाषित "मिश्र धातु संरचनात्मक इस्पात" की श्रेणी में 40Cr आता है। इस इस्पात में 0.37%-0.44% कार्बन होता है, जो 45 स्टील से थोड़ा कम है, जबकि Si और Mn की मात्रा लगभग समान है। इसमें 0.80%-1.10% Cr होता है। हॉट-रोल्ड अनुप्रयोगों में, यह 1% Cr की मात्रा लगभग नगण्य है, क्योंकि दोनों ग्रेड समान यांत्रिक गुण प्रदर्शित करते हैं। यह देखते हुए कि 40Cr की कीमत 45 स्टील की लगभग आधी है, आर्थिक कारणों से अक्सर संभव होने पर 45 स्टील का उपयोग करना बेहतर समझा जाता है।)

35 करोड़ रुपये: 35CrMo मिश्रधातु संरचनात्मक इस्पात (मिश्रधातु शमन और तपे हुए इस्पात) के लिए एक विशिष्ट कोड है, जो जर्मन मानक 1.7220, ब्रिटिश मानक 708A37, फ्रेंच मानक 35CD4 आदि के अनुरूप है और GB/T 3077-2015 का अनुपालन करता है। इसमें कार्बन समतुल्य 0.72% है, और वेल्डिंग में कठिनाई के कारण इसे पूर्व-तापन की आवश्यकता होती है। यह इस्पात उच्च स्थैतिक शक्ति और प्रभाव कठोरता प्रदर्शित करता है, जिसकी तन्यता शक्ति ≥985MPa और उपज शक्ति ≥835MPa है, और यह 500℃ तक के दीर्घकालिक परिचालन तापमान को सहन करने में सक्षम है। यह रोलिंग मिलों में गियरबॉक्स, क्रैंकशाफ्ट, कनेक्टिंग रॉड और स्टीम टरबाइन स्पिंडल जैसे उच्च भार वाले यांत्रिक घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त है।

20CrMnTi: 0.17%-0.24% कार्बन सामग्री वाला एक कार्बराइज्ड स्टील, जिसका उपयोग आमतौर पर ऑटोमोबाइल निर्माण में ट्रांसमिशन गियर के लिए किया जाता है। मध्यम कठोरता वाले कार्बराइज्ड स्टील (Cr-Mn-Ti) के रूप में, यह उच्च निम्न-तापमान प्रभाव कठोरता को बनाए रखते हुए असाधारण कठोरता प्रदर्शित करता है। सतह कार्बराइजेशन कठोरता के लिए विशेष रूप से इंजीनियर किया गया यह स्टील न्यूनतम विरूपण और उत्कृष्ट थकान प्रतिरोध के साथ उत्कृष्ट मशीनेबिलिटी प्रदर्शित करता है। इसके प्राथमिक अनुप्रयोगों में शाफ्ट घटक, पिस्टन पुर्जे और ऑटोमोबाइल और विमान के लिए विशेष घटकों का निर्माण शामिल है।

शमन प्रभाव: कठोरता 60~70 एचआरसी तक पहुंच सकती है, कठोर परत की गहराई 0.3~2 मिमी होती है, मिश्र धातु तत्व कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करते हैं (जैसे कि शमन के बाद 35CrMo गियर की थकान शक्ति में 30% की वृद्धि हुई)।

नोट: मिश्रधातु की उच्च मात्रा लेजर अवशोषण दर को कम कर सकती है, इसलिए फॉस्फेटिंग और कोटिंग जैसे ब्लैकनिंग उपचार के माध्यम से ऊर्जा अवशोषण दक्षता को बढ़ाना आवश्यक है।

3. ढलवां लोहा (धूसर ढलवां लोहा, तन्य ढलवां लोहा), विशिष्ट सामग्री:

एचटी300: यह पर्लाइट प्रकार का उच्च शक्ति वाला धूसर कच्चा लोहा है, जो राष्ट्रीय मानक GB 9439-88 को लागू करता है, इसका नाम "HT" धूसर कच्चे लोहे को दर्शाता है, "300" इंगित करता है कि 30 मिमी व्यास की परीक्षण छड़ की न्यूनतम तन्यता शक्ति 300MPa है।

क्यूटी600-3: QT600-3 मध्यम और उच्च शक्ति, मध्यम कठोरता और प्लास्टिसिटी, उच्च समग्र प्रदर्शन, अच्छी घिसाव प्रतिरोधकता और कंपन अवशोषकता, और अच्छी ढलाई प्रक्रिया विशेषताओं वाला पर्लाइटिक बॉडी डक्टाइल आयरन है। विभिन्न ताप उपचारों के माध्यम से इसके गुणों में परिवर्तन किया जा सकता है।

शमन प्रभाव: सतह की कठोरता 45~55 एचआरसी तक पहुंच सकती है, कठोर परत की गहराई 0.1~0.8 मिमी होती है, और ग्रेफाइट चरण के चारों ओर मार्टेंसाइट + अवशिष्ट ऑस्टेनाइट संरचना बनती है, जो घिसाव-रोधी क्षमता को बढ़ाती है (उदाहरण के लिए, शमन के बाद मशीन टूल गाइड रेल का घर्षण गुणांक 20% तक कम हो जाता है)।

II. अलौह धातुएँ और उनके मिश्रधातुएँ (उभरते अनुप्रयोग क्षेत्र)

1. टाइटेनियम मिश्र धातु (Ti-6Al-4V, आदि)

टाइटेनियम मिश्रधातु से तात्पर्य टाइटेनियम और अन्य धातुओं से बनी विभिन्न मिश्रधातुओं से है। टाइटेनियम एक महत्वपूर्ण संरचनात्मक धातु है जिसका विकास 1950 के दशक में हुआ था। टाइटेनियम मिश्रधातु अपनी मजबूती, संक्षारण प्रतिरोध और उच्च ताप प्रतिरोध के लिए जानी जाती है।

कठोरता की विशेषताएं: लेजर हीटिंग सतह पर अतिसंतृप्त मार्टेन्साइट के निर्माण को बढ़ावा देती है, और कठोरता 300 एचवी से बढ़कर 500~600 एचवी हो जाती है, जबकि अच्छी मजबूती बनी रहती है (एयरो-इंजन ब्लेड सुदृढ़ीकरण के लिए उपयुक्त)।

  तकनीकी समस्या: टाइटेनियम मिश्र धातु में उच्च लेजर परावर्तनशीलता (लगभग 70%) होती है, इसलिए सतह के पूर्व उपचार (जैसे सैंडब्लास्टिंग) या पराबैंगनी लेजर (तरंगदैर्ध्य 355 एनएम, परावर्तनशीलता 30% से कम) का उपयोग किया जाना चाहिए।

2. एल्युमीनियम मिश्र धातु (2xxx श्रृंखला, 7xxx श्रृंखला)

यह एल्यूमीनियम आधारित मिश्र धातु है जिसमें तांबा, सिलिकॉन, मैग्नीशियम, जस्ता और मैंगनीज जैसे तत्व मिलाए गए हैं। तत्वों के अनुपात में समायोजन करके, यह 1XXX से 8XXX श्रृंखला बनाती है जिसमें औद्योगिक शुद्ध एल्यूमीनियम और एल्यूमीनियम-तांबा मिश्र धातु शामिल हैं। इसकी अवस्था कोड प्रणाली पांच मूलभूत अवस्थाओं पर आधारित है, जिनमें F (मुक्त मशीनिंग) और O (एनीलिंग) शामिल हैं, और T6 जैसे विस्तृत कोड इसकी मजबूती और संक्षारण प्रतिरोधकता गुणों पर सटीक नियंत्रण सक्षम बनाते हैं।

शमन तंत्र: लेजर द्वारा तीव्र तापन से ठोस विलयन सुदृढ़ीकरण प्राप्त किया जाता है, और स्वतः शीतलन के बाद मेटास्टेबल अवक्षेपित चरण बनता है (उदाहरण के लिए, शमन के बाद 7075 एल्यूमीनियम मिश्र धातु की कठोरता 150 एचवी से बढ़कर 220 एचवी हो जाती है)।

अनुप्रयोग की सीमाएँ: एल्यूमीनियम मिश्र धातु में उच्च तापीय चालकता होती है (तापीय चालकता लगभग 200 W/m K होती है), तापन दक्षता सुनिश्चित करने के लिए उच्च शक्ति वाले लेजर (≥2 kW) की आवश्यकता होती है, और इसमें तापीय तनाव विरूपण आसानी से उत्पन्न हो सकता है।

3. टिन मिश्र धातु (पीतल, कांस्य)

यह शुद्ध तांबे और एक या अधिक अतिरिक्त तत्वों से बना मिश्रधातु है। अनुप्रयोग: घिसाव-प्रतिरोधी घटकों (जैसे, बियरिंग, वाल्व) की सतह को कठोर बनाना। लेजर शमन के बाद, सतह पर नैनोक्रिस्टलाइन संरचना बन जाती है, जिससे कठोरता 15% से 30% तक बढ़ जाती है। हालांकि, तांबे के मैट्रिक्स को नरम होने से बचाने के लिए ताप तापमान को नियंत्रित करना आवश्यक है।

III. विशेष कार्यात्मक सामग्री

1. पाउडर धातुकर्म सामग्री (जैसे, लौह-आधारित और तांबा-आधारित पाउडर धातुकर्म घटक) के लाभ: छिद्रयुक्त संरचना चिकनाई वाले तेल को संग्रहित कर सकती है, और लेजर शमन के बाद सतह सघन हो जाती है। कठोरता 20-30 एचआरसी से बढ़कर 50-55 एचआरसी हो जाती है, जिससे ये स्व-चिकनाई वाले बियरिंग के लिए उपयुक्त हो जाते हैं।

2. सतह कोटिंग सामग्री (जैसे, थर्मल स्प्रे कोटिंग और क्लैडिंग परतें) विशिष्ट अनुप्रयोग: कार्बन स्टील की सतहों पर स्प्रे की गई WC-Co कोटिंग्स के लेजर शमन के बाद, एक "मार्टेन्साइट मैट्रिक्स + सीमेंटेड कार्बाइड चरण" मिश्रित संरचना बनती है, जिससे 1000 HV से अधिक कठोरता प्राप्त होती है। इन सामग्रियों का उपयोग खनन मशीनरी के घिसाव-प्रतिरोधी घटकों में किया जाता है।

IV. लेजर शमन के लिए अनुपयुक्त सामग्री

कम कार्बन इस्पात (कार्बन की मात्रा कार्बन की अपर्याप्त मात्रा के कारण, मार्टेन्सिटिक रूपांतरण न्यूनतम होता है, जिसके परिणामस्वरूप कठोरता में कमी आती है (कठोरता में वृद्धि

शुद्ध ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील (जैसे, 316L): इसमें मार्टेन्सिटिक रूपांतरण की क्षमता नहीं होती है। लेजर हीटिंग से केवल वर्क हार्डनिंग होती है जिससे कठोरता में सीमित सुधार (लगभग 15% -20%) होता है।