مشخصه یابی فازی، ریزساختاری و بازدهی سختکاری سطحی فولاد ابزار SKS3 سختکاری شده توسط لیزر دیودی توان بالا

محورهای موضوعی : عملیات حرارتی

امیرسالار دهقانی ¹ , امیررضا فرنیا ² , محمد جواد ترکمنی ³

1 - گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد کرج، واحد علوم تحقیقات، تهران، ایران
2 - گروه مهندسی مواد، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 - دکترای مهندسی مواد، مرکز علوم و فنون لیزر

تاریخ دریافت : 1401/04/26 تاریخ پذیرش : 1401/12/02 تاریخ انتشار : 1402/05/01

کلید واژه: سخت‌کاری سطحی لیزری, فولاد ابزار SKS3, لیزر دیودی توان بالا, ساختار دوفازی, بازدهی سخت‌کاری,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، سخت‌کاری سطحی فولاد ابزار سرد کار SKS3 توسط لیزر دیودی توان بالا با توان بیشینه‌ی 1600 وات انجام‌گرفته است. توان های اعمالی (1200 و 1450 وات)، سرعت‌های روبش (6/1 الی 3 میلی‌متر بر ثانیه) و فاصله‌های 55، 70 و 75 میلی‌متر به‌عنوان پارامترهای آزمون اعمال شدند. بررسی‌های ریزساختاری، آنالیز فازی و ریز سختی سنجی به ترتیب توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی، پراش پرتوی ایکس و ریز سختی سنجی انجام‌شده است. بررسی‌های ریزساختاری و فازی نشان داد که فرآیند سخت‌کاری منجر به ایجاد ساختار دوفازی مارتنزیت و آستنیت باقی‌مانده شد. استفاده از لیزر هر سه حالت سخت‌کاری سطحی، ذوب سطحی و عدم سخت‌کاری را ایجاد کرده است. بهترین ترکیب عمق و عرض سخت‌کاری برای نمونه‌هایی با چگالی انرژی J/mm2 250-208 ایجاد شد. محاسبه‌ی درصد فاز آستنیت باقی‌مانده و گرمای ورودی، مشخص کرد که با افزایش گرمای ورودی، درصد آستنیت باقی‌مانده افزایش می‌یابد به‌گونه‌ای که برای نمونه با بیشترین گرمای ورودی، درصد فاز آستنیت باقی‌مانده در حدود 37 درصد محاسبه شد، همچنین برای نمونه با بیشترین گرمای ورودی ( J/mm2/906)، کمترین میزان سختی حاصل‌شده است (653 ویکرز) و بیشترین سختی (760 ویکرز) برای نمونه‌ای بوده است که دارای گرمای ورودی پایین‌تری ( J/mm725) بوده است. بررسی‌های مقادیر بازده سخت‌کاری1 مشخص کرد که صرفاً با افزایش چگالی انرژی لیزر، شرایط سخت‌کاری بهبود نمی‌یابد بلکه برای حصول بالاترین سختی و ریزساختار مناسب، مقدار بهینه‌ی توان و سرعت اسکن موردنیاز است.

چکیده انگلیسی:

In this research, the surface hardening of SKS3 cold work tool steel has been performed by high power diode laser with a maximum power 1600 W. The applied powers of 1200 and 1450 W, the scanning speeds of 1.6 to 3 mm.s-1 and working distances of 55,, 70 and 75 mm were applied as test parameters. Microstructure and phase analysis and microhardness measurement were studied by optical microscopy, electron microscopy, X-ray diffraction and microhardness testing methods, respectively. The microstructure and phase analysis showed that the hardening process led to the formation of martensite and retained austenite dual-phase structure. The use of laser, created all three states of surface hardening, surface melting and non-hardening. The best result in terms of depth and width of hardening was obtained for samples with energy density of 208-250 J/mm2. The calculation of retained austenite phase percentage and heat input, indicated that an increase in the heat input raised the residual austenite percentage, so that for the sample with maximum heat input, the retained austenite phase percentage was calculated to be approximately 37%. Also, for the sample with the highest heat input (906/J/mm2), the lowest hardness was obtained (653 Vickers) and the sample with lower heat input (725 J/mm2) was owned the highest hardness (760 Vickers). Investigations of the values of hardening efficiency showed that the hardening conditions are not improved only by increasing the laser energy density, but to obtain highest hardness and appropriate microstructure, the optimum amount of power and scanning speed is needed.