Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní"

Miloslav Veselý
před 5 lety
Počet zobrazení:

povrchového kalení oceli C45 Autor: Klufová

1 Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní 23. dny tepelného zpracování s mezinárodní účastí Návrh technologie laserového povrchového kalení oceli C45 Autor: Klufová Pavla, Ing. Kříž Antonín, Doc. Dr. Ing. Hájek Jiří, Ing, Ph. D. Soukup Ondřej, Ing

2 Důvody řešení a cíle diplomové práce Důvod řešení diplomové práce Spolupráce s NTC HPDD laser Povrchová tvrdost X mikrostruktura Ocel ČSN ZCU/NTC/CELAT Cíle diplomové práce Vliv procesních parametrů na mikrostrukturu Optimální procesní parametry pro ocel ČSN Výchozí struktura Page 2/19

3 Osnova prezentace 1) HPDD laser 2) Parametry laserového povrchového kalení 3) Experimentální materiál 4) Experiment č. 1 5) Experiment č. 2 6) Závěr Page 3/19

HPDD (High Power Direct Diode) laser Coherent ISL-4000L Výhody procesu laserového povrchového kalení Bez použití chladícího média Minimální přítomnost napětí a trhlin Vysoká absorpce záření vysoce

4 HPDD (High Power Direct Diode) laser Coherent ISL-4000L Výhody procesu laserového povrchového kalení Bez použití chladícího média Minimální přítomnost napětí a trhlin Vysoká absorpce záření vysoce efektivní proces Minimální deformace Bez nutnosti následného obrábění Umožňuje tepelné zpracování tvarově složitých součástí Technologie předurčená k automatizaci > snižování nákladů při opakované výrobě Page 4/19

5 Parametry laserového povrchového kalení Procesní parametry - ovlivňují výslednou kvalitu a efektivitu tepelného zpracování Výstupní výkon Hustota výkonu ve fokusační vzdálenosti Vlnová délka Energetické rozložení Procesní rychlost Morfologie drsnost povrchu Čistota, homogenita materiálu, výchozí struktura Materiálové vlastnosti Optické absorptivita, emisivita Tepelné tepelná a teplotní vodivost Page 5/19

Experimentální program ocel ČSN 41 2050 (AISI 1045,

struktura sorbitická Zvětšeno 100x Zvětšeno 100x

0,37 Max. 0,25 Max. 0,30 Max. 0,30 Max. 0,40 Max.

6 Experimentální program ocel ČSN (AISI 1045, C45) Výchozí struktura normalizačně žíhaná Výchozí struktura sorbitická Zvětšeno 100x Zvětšeno 100x Zvětšeno 500x Zvětšeno 500x Chem. prvek C Mn Si Cr Ni Cu P S Chem. složení dle ČSN ,42 0,50 0,50 0,80 0,17 0,37 Max. 0,25 Max. 0,30 Max. 0,30 Max. 0,40 Max. 0,30 Chem. složení dle GD-OES 0,48 0,75 0, Analýza chemického složení GD-OES Page 6/19

Optimalizace parametrů příkonu a rychlosti pohybu laserového paprsku

Stopy byly vytvořeny konstantní rychlostí pohybu laserového paprsku;

a měření tvrdosti 48 kombinací procesních parametrů Laserové

7 Optimalizace parametrů příkonu a rychlosti pohybu laserového paprsku experiment číslo 1 Ocel ČSN ve stavu NORMALIZAČNĚ ŽÍHANÉM Stopy byly vytvořeny konstantní rychlostí pohybu laserového paprsku; v1=200 cm/min; v2=230 cm/min; v3=260 cm/min Metalografické hodnocení a měření tvrdosti 48 kombinací procesních parametrů Laserové povrchové kalení BEZ PŘETAVENÍ Laserové povrchové kalení S PŘETAVENÍM Page 7/19

8 Experiment č. 1 průběh tvrdosti HV Tvrdost HV výchozího materiálu oceli ČSN HV Průběh tvrdosti HV HV 500 stopa 1; v1=200 cm/min 400 stopa 2; v2=230 cm/min stopa 3; v3=260 cm/min ,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 Příkon laseru [kw] Page 8/19

9 A=40 cm, P=2,08 kw, zvětšeno 100x D A B=100 cm, P=2,40 kw, zvětšeno 100x D=275 cm, P=4,00 kw, zvětšeno 100x C=200 cm, P=3,36 kw, zvětšeno 100x B C 9/19

10 C=200 cm, P=3,36 kw, v1=200 cm/min, zvětšeno 100x martenzit martenzit-troostit zvětšeno 500x martenzit-ferit 10/19

11 Experiment č. 1 Mikrotvrdost HV 0,025 bez přetavení povrchu, EDX analýza chemického složení 666 HV 0, HV 0,025 Martenzit, zvětšeno 500x Martenzit, zvětšeno 500x 442 HV 0, HV 0,025 Martenzit-troostit, zvětšeno 500x Martenzit-troostit, zvětšeno 500x 920 HV 0, HV 0,025 Martenzit-ferit, zvětšeno 500x Martenzit-ferit, zvětšeno 500x Page 11/19

Stejné procesní parametry jako experiment č.

12 Optimalizace parametrů příkonu a rychlosti pohybu laserového paprsku popis experimentu č. 2 Ocel ČSN ve stavu ZUŠLECHTĚNÉM stopy v=konst., P konst. Stejné procesní parametry jako experiment č. 1 Metalografické hodnocení 48 kombinací procesních parametrů Stopy vytvořené povrchovým kalením laserem na experimentálním vzorku č. 2 Page 12/19

13 Srovnání metalografických struktur při procesních parametrech P=2,5 kw, v=100 cm/min Ocel ČSN zušlechtěno Ocel ČSN normalizačně žíháno zvětšeno 100x martenzit martenzit sorbit martenzit zvětšeno 500x martenzit troostit martenzit ferit 13/19

14 Experiment č. 2 v1=100 cm/min; bez přetavení povrchu zvětšeno 100x zvětšeno 500x P=2,9kW 1008µm 743µm 838µm P=2,7kW 731µm 745µm 545µm P=2,5kW zvětšeno 100x zvětšeno 100x zvětšeno 500x zvětšeno 500x Page 14/19

laseru na tloušťce zakalené stopy Závislost příkonu laseru na šířce zakalené stopy 11,5 Šířka stopy [mm] Tloušťka stopy

15 0,72 mm Metalografické hodnocení vlivu zvyšujícího se příkonu laseru na tloušťku a šířku zakalené stopy, v=100 cm/min 10,01 mm 0,84 mm P=2,5 kw, zvětšeno 25x 0,85 mm P=2,7 kw, zvětšeno 25x 10,85 mm 11,42 mm P=2,9 kw, zvětšeno 25x Závislost příkonu laseru na tloušťce zakalené stopy Závislost příkonu laseru na šířce zakalené stopy 11,5 Šířka stopy [mm] Tloušťka stopy [mm] 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 2,5 2,6 2,7 2,8 Příkon laseru [kw] 2, ,5 10 2,5 2,6 2,7 2,8 Příkon laseru [kw] 2,9 3 15/19

16 Průběh mikrotvrdosti HV 0,025 (P=2,7 kw, v=100 cm/min) Průběh mikrotvrdosti HV 0, V ose zakalené stopy ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Vzdálenost od povrchu [mm] Průběh mikrotvrdosti HV 0,025 Napříč zakalenou stopou Mikrotvrdost HV 0,025 Mikrotvrdost HV 0, vzdálenost od osy laseru [mm] 16/19

17 Závěr Byl analyzován vliv stavu tepelného zpracování výchozí struktury oceli ČSN na finální povrchově zakalenou strukturu Výchozí stav normalizačně žíhaný Nebylo dosaženo optimální povrchové zakalené vrstvy Struktura martenzit, martenzittroostit, martenzit-ferit Výhoda nižší náklady na materiál Nevýhoda jakost povrchové zakalené vrstvy X Výchozí stav zušlechtěný Bylo dosaženo optimální povrchové zakalené vrstvy Struktura martenzit, martenzitsorbit Výhoda jakost povrchové zakalené vrstvy Nevýhoda vyšší náklady na materiál Page 17/19

18 Závěr Byl analyzován vliv kombinace procesních parametrů (rychlosti pohybu laserového paprsku a příkonu laseru) na tloušťku a šířku zakalené stopy Byl analyzován vliv zvyšujícího se příkonu laseru na povrchovou tvrdost při konstantní rychlosti pohybu laserového paprsku Optimální procesní parametry pro ocel C45 v=40 cm/min; P=2,2 kw Page 18/19

19 Děkuji za pozornost Page 19/19

Podobné dokumenty

NÁVRH TECHNOLOGIE POVRCHOVÉHO KALENÍ LASEREM U KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ FST

NÁVRH TECHNOLOGIE POVRCHOVÉHO KALENÍ LASEREM U KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ FST 2010 Bc. Pavla Klufová Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká republika ABSTRAKT Pro povrchové kalení