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什么让它取得了如此的地位?激光抛光不得不说的秘密

发布:2022-05-30 10:30作者:www.chylaser.com点击:2374次

是什么赋予了它这样的地位?激光抛光的秘诀:工件的塑性变形是由于单个晶粒的变形。当滑动面达到临界剪切应力时,晶粒开始变形。原子层在光滑的表面上滑动。局部剪应力的大小用 Schmidt 描述,很大程度上取决于滑动拉应力的方向。
晶格或滑动表面的不同取向导致单个晶粒的不同变形。这会在表面上创建台阶。
除了由表层塑性变形引起的膨胀外,这种变形还会产生称为阶梯结构的第二种表面结构。这些通道发生在靠近表面的晶界处,可以大到 5 µm。材料 1.2782 和 1.4571 的阶梯结构在没有相变的情况下进行了研究,因为这些材料的阶梯结构不受其他表面结构的影响,例如涂有马氏体针的 B。两种材料都有两种粒径。
阶梯结构造成的粗糙度随着加工步骤数的增加和凹槽之间的微小偏差而增加。如果材料最初凝固,任何重熔过程仍会导致塑性变形。因此,塑性变形和由此产生的通道会随着每次回流逐步增加。此外,阶梯结构的形成受起始材料的晶粒尺寸或在凝固期间表现出非外延晶粒生长的材料的铣削晶粒尺寸的影响。
对层状结构形成的主要影响可归纳如下:
材料性能:变形塑性、弹性模量、膨胀系数;阶跃幅度随级数增大,随轨道位移和扫描速度减小;以及起始材料的晶粒尺寸和熔融晶粒在环境中的生长
由于工具钢的激光抛光工艺冷却速度快,熔融表面形成马氏体组织。因此,马氏体针也是影响称为微网格(λ <10m)的短波长范围粗糙度的技术表面结构。
对马氏体组织形成的主要影响可归纳如下:
只有改质钢才能形成马氏体组织;表面碳化可以完全阻止马氏体的形成; CO2 用作工艺气体,许多系列和小的轨道位移导致碳的去除。
在 X38CrMoV5-1 (1.2343, AISI H11) 和 Ti6Al4V 样品上进行激光微掺杂。具有重叠恢复点(基态抛光)的激光抛光实验表明,在一个脉冲的恢复过程中产生的结构在下一个点的回流过程中部分或完全变平。
使用白光干涉仪 (WLI)、光学显微镜和扫描电子显微镜 (SEM) 分析变化区。在实验过程中,可以识别六种不同的表面结构。图 10 提供了这些结构的概览。虽然其中三个结构是由工艺本身产生的(“工艺诱导的表面结构”),因此总是发生在激光微抛光中,但其他三个是由所使用的材料产生的(“工艺诱导的材料表面结构”) .这意味着它们仅在材料具有某些特性(例如分层或夹杂物)时才会出现。
 在用单个激光脉冲暴露于表面后,粗糙度在整个过程中都是可见的,并且超过了机械抛光样品的初始表面粗糙度。振幅约为 0.3 µm,这意味着微波对表面形貌的影响对应于底切效应。激光束的强度分布并不理想(例如高斯或圆柱形),但总是存在局部缺陷(局部不均匀性)。
固体:激光通量密度太​​低而无法熔化表面。在这种情况下,粗糙度不会从初始粗糙度改变。
熔融状态:在更高的激光飞行中,表面被激光辐射熔化并产生光滑度。
熔化+局部蒸发区:进一步增加激光通量密度,粗糙度显着增加。如果由于熔池的温度均匀性,局部温度超过表面蒸发温度,就会发生蒸发,表面这些部分的蒸汽压急剧上升。
蒸发状态:在非常高的激光通量下,整个熔池都会发生蒸发,从而导致熔融和熔融+蒸发之间的表面粗糙度。
不考虑熔池的边缘。特别是在汽化状态下,材料重新分布并导致界面膨胀,这增加了激光微抛光后的表面粗糙度,因此产生了比熔融+汽化状态更大的表面粗糙度。
通常,由于材料的强度和吸收性不均匀,这些微皱是局部的。为了实现低微粗糙度,强度分布和材料必须尽可能均匀。
边界膨胀仅在使用高带宽时发生。在这种情况下,可以在抛光过程中观察到强烈的等离子体形成,这是材料蒸发的迹象。在表面与激光脉冲相互作用后,材料在回流区重新分布:部分材料从熔池中心向边缘排斥。突起的高度可以小到几微米。在一些非常强烈的冲击下,材料甚至可以从激光和材料之间的相互作用区域喷射出来。材料的径向运动增加了激光束的有效直径。
通常,当使用高激光通量密度时,界面会膨胀,导致材料蒸发。这意味着可以通过熔融抛光来防止界面的扩展。
一些不熔材料抛光后,表面会出现疤痕状结构(孔洞)。硫化物和氧化物的夹杂物;氮夹杂物不影响空隙的形成。亚硫酸盐夹杂物或其分解产物强烈吸收激光辐射,而氧化物夹杂物由于其低导热性而导致热量积聚。在这两种情况下,材料在表面上的这些点加热到一定程度,以至于材料爆炸性地蒸发并形成类似火山口的结构(孔)。
也可以在用连续激光进行激光微抛光(激光宏观抛光)之前对表面进行回流,以获得很少或没有孔隙的表面。
X38CrMoV5-1激光微抛光后形成微结构,其能量密度通常太低,无法有效平滑表面。结构的横向尺寸约为 0.5-2 μm。 EDX 测量表明这些结构具有高碳含量。在较高的激光曝光下(在常规抛光和有效抛光曝光范围内),不会出现微结构。
碳含量表明结构由碳化物夹杂物组成。这些夹杂物的熔点通常高于母金属的熔点。当熔体温度在主要金属的熔点和夹杂物的熔点之间时,形成主要金属的熔池,但碳化物夹杂物保持固定。一旦凝固,它可以被认为是微结构。如果由于激光飞行较高,熔化温度超过夹杂物的熔点,则熔池中的碳化物会溶解,凝固后不会留下任何组织。
由于微结构仅在低曝光下出现,这不是激光微抛光(没有有效抛光)的典型特征,因此使用更高的密度会阻止这些结构的形成。
确定在连续激光辐射的激光宏观抛光和脉冲激光辐射的激光微抛光中出现的不同表面结构。结构受抛光工艺本身(工艺诱导结构)或材料(材料诱导结构)的影响。对于要分析的每个结构,可以确定生成该结构的机制。此外,建议如何减少设计对粗糙度的影响。
在某些情况下,需要对工艺参数进行反向调整。例如,在激光大抛光工艺中,较小的底切需要较慢的扫描速度,但较精细的结构需要较高的扫描速度。这意味着并非所有结构都可以同时锁定,总会有表面结构。为了实现尽可能低的表面粗糙度,必须在不同表面结构之间找到平衡:必须设置工艺参数,以便所有结构共同导致尽可能低的表面粗糙度。
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