اثر سخت شدن لیزر بر روی خواص سطحی فولاد سریع-

سخت شدن لیزری به طور قابل توجهی سختی سطح و مقاومت در برابر سایش فولاد با سرعت بالا را بهبود می بخشد. تحت پارامترهای فرآیند بهینه (قدرت لیزر 1-5 کیلووات، سرعت اسکن 1-5 متر در دقیقه)، سختی سطح HSS (به عنوان مثال، W6Mo5Cr4V2) می تواند به 65-70 HRC برسد، که 10-15٪ بیشتر از عملیات حرارتی سنتی است. این امر به تشکیل مارتنزیت دانه‌ریز{17} و حفظ کربن فوق‌اشباع در شبکه مارتنزیتی در طی گرم کردن و خاموش کردن سریع لیزر نسبت داده می‌شود. ساختار مارتنزیتی متراکم تغییر شکل پلاستیک سطح تحت اصطکاک را کاهش می دهد، در حالی که کاربیدهای سخت (مثلاً MC، M6C) که در حین گرم شدن رسوب می کنند، مقاومت به سایش را بیشتر افزایش می دهند. آزمایش‌های سایش نشان می‌دهند که ابزارهای برش سخت‌شده لیزری{23} 2 تا 3 برابر بیشتر از ابزارهای سخت‌نشده دارند، با مکانیسم سایش از سایش چسب به سایش خفیف ساینده، که به طور مؤثری از دست دادن مواد در طول سرویس را کاهش می‌دهد.

The surface microstructure of high-speed steel undergoes significant transformation after laser hardening. Before hardening, HSS typically consists of pearlite, ferrite, and coarse carbides. During laser hardening, the rapid heating (heating rate up to 104–105 °C/s) causes the pearlite and ferrite to quickly transform into austenite, while the coarse carbides partially dissolve into the austenite. The subsequent rapid quenching (cooling rate >103 درجه بر ثانیه) از انتشار اتم های کربن جلوگیری می کند و منجر به تشکیل مارتنزیت سوزنی ریز به جای مارتنزیت درشت تشکیل شده در عملیات حرارتی سنتی می شود. علاوه بر این، کاربیدهای ریز حل نشده به طور یکنواخت در ماتریس مارتنزیتی توزیع می شوند و به عنوان "فازهای تقویت کننده" برای جلوگیری از حرکت نابجایی ها عمل می کنند. منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) HSS سخت شده با لیزر باریک است (فقط 0.5 تا 2 میلی متر)، و ریزساختار به آرامی از لایه سخت شده به ماده پایه منتقل می شود و از عیوب ساختاری مانند ترک جلوگیری می کند و از یکپارچگی قطعه اطمینان می یابد.

سخت شدن لیزر باعث ایجاد تنش پسماند فشاری بر روی سطح فولاد با سرعت بالا می‌شود که برای بهبود عملکرد خستگی مفید است. گرمایش و سرمایش سریع در طول فرآیند باعث انبساط و انقباض حرارتی بین لایه سطحی و بستر می شود: لایه سطحی هنگام گرم شدن منبسط می شود و توسط بستر سرد محدود می شود و پس از خنک شدن تنش فشاری ایجاد می کند. بزرگی تنش پسماند فشاری سطح می‌تواند به -300 تا -600 مگاپاسکال برسد، که تنش کششی ایجاد شده در طول سرویس را جبران می‌کند و شروع و انتشار ترک‌های خستگی را کاهش می‌دهد. تست‌های خستگی نشان می‌دهند که اجزای HSS سخت‌شده با لیزر دارای محدودیت خستگی ۲۰ تا ۳۰ درصدی نسبت به قطعات سخت‌نشده هستند. با این حال، پارامترهای فرآیند نامناسب (به عنوان مثال، توان بیش از حد لیزر، سرعت اسکن بسیار آهسته) ممکن است منجر به تنش حرارتی بیش از حد شود، که منجر به تنش پسماند کششی یا حتی ترک‌های سطحی شود که بر عملکرد خستگی تأثیر منفی می‌گذارد. بنابراین، بهینه سازی فرآیند برای اطمینان از توزیع مطلوب تنش پسماند حیاتی است.

سخت شدن لیزری با تنظیم ریزساختار سطح و ایجاد تنش پسماند فشاری، تأثیر مثبت و قابل توجهی بر ویژگی‌های سطح فولاد سریع- دارد، به طور جامع سختی سطح، مقاومت در برابر سایش و عملکرد خستگی را بهبود می‌بخشد. این بر محدودیت‌های عملیات حرارتی سنتی (مانند HAZ بزرگ، سختی ناهموار) غلبه می‌کند و روشی دقیق و کارآمد برای افزایش عملکرد خدمات اجزای HSS ارائه می‌کند. تحقیقات آینده باید بر روی بهینه سازی پارامترهای فرآیند سخت شدن لیزر برای انواع مختلف HSS (به عنوان مثال، HSS متالورژی پودر) و ترکیب سخت شدن لیزر با سایر فناوری های اصلاح سطح (مانند پوشش PVD، نیتریدینگ) برای دستیابی به افزایش هم افزایی خواص سطح تمرکز کند. با توسعه سیستم‌های لیزری هوشمند، نظارت بر زمان واقعی و کنترل تطبیقی ​​فرآیند سخت‌سازی، پایداری بهبود ویژگی‌های سطح را بیشتر بهبود می‌بخشد و کاربرد وسیع‌تر HSS لیزری سخت‌شده را در زمینه‌های تولید پیشرفته{12}} ترویج می‌کند.