تاثيرات انرژي پالس ليزر و موقعيت نقطه كانوني در سخت كاري سطحي ليزري فولاد زنگ‌نزن AISI 410

The effects of laser pulse energy and focal point position on laser surface hardening of AISI 410 stainless steel

در اين مقاله فرآيند عمليات سخت كاري سطحي ليزري بر فولاد زنگ‌ نزن مارتنزيتي 410 AISI با استفاده از ليزر حالت جامد پالسي Nd:YAG با توان بيشينه 700 وات مورد آزمايش قرار گرفته شد. موقعيت نقطه كانوني (22 تا 34 ميلي‌متر) و انرژي پالس ليزر (14.7 تا 16.8 ژول) پارامترهاي متغير فرآيند در نظر گرفته شدند. ميكروسختي در سطح و عمق لايه سخت شده، سختي‌ سنجي گرديد. متالوگرافي نمونه‌ها به منظور بررسي ريزساختار ناحيه سخت شده انجام شد. همچنين ابعاد هندسي منطقه سخت شده (پهنا و عمق نفوذ)، طيف ميكروسختي در عمق و سطح لايه سخت شده مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفتند. نتايج حاكي از آن است كه با افزايش انرژي پالس ليزر و كاهش موقعيت نقطه كانوني، عمق و ميزان سختي لايه سخت شده افزايش مي‌يابد. همچنين نتايج نشان داد كه در نتيجه استحاله حالت جامد و انحلال كاربيدها در زمينه فولاد در فرآيند سختكاري سطحي ليزري، بهبود در سختي سطحي به دست مي‌آيد. در ساختار مارتنزيتي تشكيل شده در ناحيه سختكاري شده ليزري، فاز فريت دلتاي كمتر منجر به افزايش ميكروسختي ماده شده است. بيشترين عمق لايه سخت شده در بيشترين سطح انرژي پالس 16.8 ژول به ميزان 350 ميكرومتر، پهناي 2208 ميكرومتر و بيشينه سختي سطحي معادل 747 ويكرز بدست آمد.

In this paper the capability of laser surface hardening of martensitic stainless steel AISI 410 is conducted by using a Nd:YAG pulsed laser with a maximum power of 700 W. Focal point position (22mm to 34mm) and laser pulse energy (14.7J to 16.8J) were considered as process variable parameters. Microhardness was measured in depth and surface of the hardened layer. Metallography of samples was conducted in order to study the microstructure of hardened zone. Also, geometrical dimensions of hardened zone (width and depth), microhardness distributions in depth and width of hardened layer, microstructure of hardened layer were investigated. Results show that by increasing laser pulse energy and decreasing the laser focal point position, the hardness and depth of hardened layer increases. Observations indicated that solid state transformation and carbide solution in steel during laser surface hardening process, improved the surface hardness. Lower delta ferrite in martensitic structure in laser hardened layer led to higher microhardness. Maximum hardened layer of 350 μm in depth and 2208 μm in width and maximum surface hardness of 747 HV0.3 is obtained at maximum pulse energy of 16.8J.