レーザー表面硬化技術とその展望

レーザーは20世紀初頭に始まりました。1916年、有名なアメリカの物理学者アインシュタインは、プランクの黒体放射式の導出における誘導放出の概念を提案しました。この概念は、レーザー技術の出現と発展の重要な理論的基礎となりました。 1960年5月、世界初のルビーレーザーが米国カリフォルニア州に登場しました。 それ以来、レーザー技術は人間社会に登場し始め、多くの面で重要な役割を果たしています。 また、コンピューター、原子力、半導体だけでなく、20世紀の4つの主要な成果にもなっています。レーザー理論と技術の発展に伴い、レーザー技術が誕生しました。レーザー結合やレーダー、レーザー検出、レーザー精密測定など、レーザー関連の多くの分野で、レーザーのさらなる開発と応用が加速しています。レーザー技術は、初期の実験室研究から、レーザー溶接、レーザー穴あけ、レーザーマーキング、レーザー切断、表面改質、マイクロ加工などの生産加工技術に徐々に移行しています。加工分野で最も有望なハイテクになり、その応用は自動車の生産や航空にも浸透しています。航空宇宙、医療、マイクロエレクトロニクス、およびその他の多くの分野は、現代の生産技術において比類のない地位を占めています。レーザー表面硬化は、レーザー技術の重要な分野です。近年、理論研究を深め、実用化を加速するだけでなく、レーザー硬化メカニズムに基づく新技術の開発を続けており、レーザー表面硬化は徐々に産業ユーザーに認識され、将来的に実現していきます。

2背景と原則

調査によると、局部腐食や部品の表面摩耗による主要部品の故障による設備故障の損失は、国民経済の約3％から5％を占めており、その損失は甚大です。したがって、主要コンポーネントの表面特性を改善するために、高度な表面硬化技術を研究することが非常に重要です。レーザー硬化は、最先端の表面処理技術です。理論研究の深化に伴い、その応用分野は徐々に拡大しています。その顕著な利点と高度な特性により、表面硬化の分野で徐々に重要な位置を占めています。オーステナイトは、臨界相転移温度まで加熱してマルテンサイトに変換し、すぐに水に浸して冷却することができます。最後に、表面硬度と耐摩耗性を改善するという目標が達成されました。多くの場合、硬化プロセスと装置を調整することは困難です。すべての硬化部品には適切なインダクタが必要です。複雑なワークのインダクタを製造することは困難であり、機器のメンテナンスも困難です。

レーザー硬化とも呼ばれるレーザー表面硬化は、表面硬化のプロセスを指し、鋼や鋳鉄などの材料に適しています。レーザービームは非常に高いエネルギー密度を持っており、表面の急速な加熱に依存するレーザー硬化は、高いエネルギー密度のレーザービームによって強化されなければなりません。照射された材料の表面温度は、相転移点よりも高い温度範囲まで上昇しますが、非常に速い速度で融点よりも低いため、材料は固相転移を起こします。基板の温度が低いために光線がワーク表面の走査部分を離れるとき、熱伝導率のために表面を急速に冷却することができ、それは自己冷却効果を提供し、続いて効率的な表面層を生成する。

3技術的応用

1970年代に世界で初めてレーザー硬化の研究が登場し、レーザー硬化技術の非常に重要な要素の1つとなっています。当時の主な研究は、鋳鉄の表面を強化するためのレーザー硬化の使用でした。その後、レーザー硬化によって研究された材料には、炭素鋼、合金構造用鋼、工具鋼、高強度鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、および耐熱鋼も含まれ、いくつかの研究結果が得られました。冶金、運輸、産業、航空宇宙などの分野で幅広い応用が見込まれています。海外の一部の先進国では、自動車産業やその他の産業での製品品質の保証としてこの技術を採用しています[5]。工作機械のレールとは、可動部品を支えて誘導し、特定の軌道に沿って移動させるための部品のことです。一度損傷すると、この部品の修理が困難になるため、工作機械のレールにレーザー焼入れ技術を使用することについて多くの研究が行われています。産業の観点から、工作機械ガイドの監視と修理は、損失のコストを大幅に節約し、産業製品の歩留まりを向上させることができます。

4技術的な利点

レーザー焼入れプロセスでは、レーザーの非常に高い加熱および冷却速度により、非常に高度な過熱および過冷却が発生し、粒子の成長が遅すぎて微細な結晶構造を生成できなくなります。焼入れ後に得られるマルテンサイトは、通常、マルテンサイトと針状マルテンサイトの混合構造であり、一定量の残留オーステナイトを含み、構造内の転位密度が高く、良好な補強効果が得られます。上記の要因の作用下で、レーザー硬化層は、高い硬度、強度、および耐摩耗性を有するだけでなく、優れた延性および靭性も有する。さらに、レーザー硬化の制御性は、従来の表面硬化よりも優れています。層の急冷深さを制御できるだけでなく、急冷ゾーンの位置、形状、サイズも制御できます。特別な誘導加熱装置なしで複雑な部品と部分的な部品を結合できるため、レーザー硬化が伝統となっています。この方法は適用が難しく、明らかな利点があり、コンポーネントの耐用年数を大幅に延長または2倍にすることさえあり、この技術は大きな経済的効果をもたらします。

5つのテクノロジーフロンティアと展望

現在、レーザー焼入れ技術の最前線は、主に数値シミュレーションとコンピューター制御技術の複合研究にあります。レーザー硬化技術のリアルタイム制御システムを確立することにより、レーザー硬化技術を使用して生産を完全に自動化することが役立ちます。たとえば、数値シミュレーションを使用してモデルを確立したり、レーザー焼入れ装置を使用して新しい材料を製造したり、新しい合金を製造したりすることで、航空宇宙環境、超高温環境、化学腐食性環境の機械部品に適用できます。レーザー焼入れ技術の最前線。

6結論

要約すると、この記事では、レーザー消光技術を研究することにより、レーザー消光技術の関連する背景と原理を予備的に理解し、次にレーザー消光技術の応用を説明し、レーザー消光技術の利点を明らかにし、最後にレーザー消光技術について説明します。論文の最前線では、レーザー消光技術は、人間社会に幅広い利益をもたらす技術的で包括的な技術であるとの見通しを示しており、この記事を通じて、レーザー消光技術をある程度理解できることを期待しています。