Analisis jenis dan karakteristik material yang sesuai untuk teknologi pendinginan laser.

I. Material logam besi (saat ini aplikasi yang paling umum)

1. Baja karbon menengah dan tinggi (kandungan karbon 0,3%~0,8%), bahan tipikal:

baja 45 Baja struktural karbon menengah berkualitas tinggi, yang ditetapkan sebagai S45C dalam standar JIS, ASTM 1045/080M46, dan DIN C45, adalah baja struktural karbon premium dengan komposisi kimia sebagai berikut: 0,42-0,50% karbon (C), 0,17-0,37% silikon (Si), 0,50-0,80% mangan (Mn), dan ≤0,25% kromium (Cr). Material serbaguna ini menunjukkan kemampuan pengerjaan dingin/panas yang sangat baik, sifat mekanik yang unggul, efektivitas biaya, dan ketersediaan yang luas, sehingga banyak digunakan dalam aplikasi industri. Namun, keterbatasan utamanya terletak pada kemampuan pengerasan yang rendah, sehingga tidak cocok untuk pembuatan komponen yang membutuhkan dimensi penampang besar atau standar presisi tinggi.

Baja T8: Baja perkakas karbon eutektoid yang menunjukkan kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi setelah pendinginan dan penempaan, meskipun memiliki keterbatasan termasuk kemampuan pengerasan panas yang rendah, kemampuan pengerasan yang buruk, dan kerentanan terhadap deformasi akibat panas berlebih selama pemesinan. Material ini sesuai dengan standar seri GB/T 1298, dengan kandungan karbon antara 0,75% dan 0,84%, sehingga cocok untuk pembuatan cetakan pembentuk dingin dan alat potong berbentuk sederhana. Proses pendinginan membutuhkan pendinginan air pada suhu 780-800℃, sedangkan penempaan di atas 250℃ memastikan stabilitas dimensi. Namun, tidak disarankan untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap beban benturan.

Baja 65Mn: Produk baja pegas dengan kekuatan tinggi setelah perlakuan panas dan pengerasan penarikan dingin, menawarkan fleksibilitas dan plastisitas yang baik. Dalam kondisi permukaan yang identik dan pengerasan penuh, batas kelelahannya setara dengan pegas paduan lima warna. Namun, karena kemampuan pengerasan yang buruk, produk ini terutama digunakan untuk pegas berukuran kecil seperti pegas pengatur tekanan/kecepatan, pegas pengukur gaya, pegas heliks melingkar/persegi panjang mekanik umum, atau pegas baja tarik kawat untuk mesin kecil. Efek Pengerasan: Kekerasan permukaan mencapai 55-65 HRC dengan kedalaman lapisan yang dikeraskan 0,2~1,5 mm, menampilkan struktur martensit yang seragam dan ketahanan aus yang meningkat secara signifikan (misalnya, umur pakai baja 45 meningkat 4-6 kali setelah pendinginan). Cocok untuk roda gigi, pin, dan komponen poros. Mekanisme: Kandungan karbon yang cukup membentuk martensit yang melimpah, yang mengalami austenitisasi lengkap selama pemanasan laser cepat dan mencapai transformasi fase penuh melalui pendinginan sendiri.

2. Baja struktural paduan (tambahan Cr, Ni, Mo dan elemen lainnya), material tipikal:

40Cr: (40Cr termasuk dalam kategori "baja struktural paduan" sebagaimana didefinisikan dalam GB3077. Baja ini mengandung 0,37%-0,44% karbon, sedikit lebih rendah daripada baja 45, dengan kandungan Si dan Mn yang sebanding. Baja ini mengandung 0,80%-1,10% Cr. Dalam aplikasi penggulungan panas, kandungan Cr 1% ini pada dasarnya tidak efektif, karena kedua jenis baja menunjukkan sifat mekanik yang serupa. Mengingat bahwa 40Cr harganya sekitar setengah dari harga baja 45, pertimbangan ekonomi seringkali menyebabkan penggunaan baja 45 sebagai gantinya jika memungkinkan.)

35CrMo: 35CrMo adalah kode spesifikasi untuk baja struktural paduan (baja paduan yang dipadamkan dan ditempa), sesuai dengan standar Jerman 1.7220, standar Inggris 708A37, standar Prancis 35CD4, dll., dengan kepatuhan terhadap GB/T 3077-2015. Baja ini memiliki kesetaraan karbon 0,72%, kemampuan pengelasan yang buruk sehingga memerlukan pemanasan awal. Baja ini menunjukkan kekuatan statis dan ketangguhan benturan yang tinggi, dengan kekuatan tarik ≥985MPa dan kekuatan luluh ≥835MPa, mampu menahan suhu operasi jangka panjang hingga 500℃. Baja ini cocok untuk pembuatan komponen mekanik beban tinggi seperti gearbox, poros engkol, batang penghubung, dan spindel turbin uap di pabrik penggilingan.

20CrMnTi: Baja karburisasi dengan kandungan karbon 0,17%-0,24%, umumnya digunakan dalam manufaktur otomotif untuk roda gigi transmisi. Sebagai baja karburisasi pengerasan sedang (Cr-Mn-Ti), baja ini menunjukkan kemampuan pengerasan yang luar biasa sambil mempertahankan ketangguhan benturan suhu rendah yang tinggi. Direkayasa secara khusus untuk pengerasan karburisasi permukaan, baja ini menunjukkan kemampuan pemesinan yang sangat baik dengan deformasi minimal dan ketahanan lelah yang luar biasa. Aplikasi utamanya meliputi pembuatan komponen poros, bagian piston, dan komponen khusus untuk mobil dan pesawat terbang.

Efek pendinginan: Kekerasan dapat mencapai 60~70 HRC, kedalaman lapisan yang mengeras 0,3~2mm, unsur paduan meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi (misalnya, roda gigi 35CrMo setelah pendinginan kekuatan lelah meningkat sebesar 30%).

Catatan: Kandungan paduan yang tinggi dapat mengurangi tingkat penyerapan laser, sehingga perlu meningkatkan efisiensi penyerapan energi melalui perlakuan penghitaman (seperti fosfatasi dan pelapisan).

3. Besi cor (besi cor kelabu, besi cor ulet), bahan-bahan tipikal:

HT300: Ini adalah besi cor kelabu berkekuatan tinggi tipe perlit, yang menerapkan standar nasional GB 9439-88, namanya "HT" menunjukkan besi cor kelabu, "300" menunjukkan bahwa kekuatan tarik minimum batang uji berdiameter 30 mm adalah 300 MPa.

QT600-3: QT600-3 adalah besi cor ulet berbadan perlitik, dengan kekuatan sedang dan tinggi, ketangguhan dan plastisitas sedang, kinerja komprehensif tinggi, ketahanan aus dan peredaman getaran yang baik, serta karakteristik proses pengecoran yang baik. Sifat-sifatnya dapat diubah melalui berbagai perlakuan panas.

Efek pendinginan: Kekerasan permukaan dapat mencapai 45~55 HRC, kedalaman lapisan yang mengeras 0,1~0,8 mm, dan struktur martensit + austenit sisa terbentuk di sekitar fase grafit, yang meningkatkan kemampuan anti-penggerindaan (misalnya, koefisien gesekan rel pemandu mesin perkakas setelah pendinginan berkurang sebesar 20%).

II. Logam non-ferrous dan paduannya (bidang aplikasi yang sedang berkembang)

1. Paduan titanium (Ti-6Al-4V, dll.)

Paduan titanium merujuk pada berbagai paduan yang terbuat dari titanium dan logam lainnya. Titanium merupakan logam struktural penting yang dikembangkan pada tahun 1950-an, dengan kekuatan, ketahanan korosi, dan ketahanan panas yang tinggi.

Karakteristik pengerasan: Pemanasan laser mendorong pembentukan martensit jenuh berlebih di permukaan, dan kekerasan meningkat dari 300 HV menjadi 500~600 HV, sambil mempertahankan ketangguhan yang baik (cocok untuk penguatan bilah mesin pesawat terbang).

  Kesulitan teknis: Paduan titanium memiliki reflektivitas laser yang tinggi (sekitar 70%), sehingga perlu dilakukan pra-perlakuan permukaan (seperti sandblasting) atau menggunakan laser ultraviolet (panjang gelombang 355nm, reflektivitas di bawah 30%).

2. Paduan aluminium (seri 2xxx, seri 7xxx)

Ini adalah material paduan berbasis aluminium yang mengandung unsur tambahan seperti tembaga, silikon, magnesium, seng, dan mangan. Melalui penyesuaian rasio unsur, material ini membentuk seri 1XXX hingga 8XXX yang mencakup aluminium murni industri dan paduan aluminium-tembaga. Sistem kode keadaannya didasarkan pada lima keadaan fundamental termasuk F (pemesinan bebas) dan O (anil), dengan kode detail seperti T6 yang memungkinkan kontrol yang tepat terhadap kekuatan dan sifat ketahanan korosi.

Mekanisme pendinginan: Penguatan larutan padat dicapai dengan pemanasan cepat menggunakan laser, dan fase presipitasi metastabil terbentuk setelah pendinginan sendiri (misalnya, kekerasan paduan aluminium 7075 meningkat dari 150 HV menjadi 220 HV setelah pendinginan cepat).

Batasan aplikasi: Paduan aluminium memiliki konduktivitas termal yang kuat (konduktivitas termal sekitar 200 W/m K), laser daya tinggi (≥2 kW) diperlukan untuk memastikan efisiensi pemanasan, dan mudah menghasilkan deformasi tegangan termal.

3. Paduan timah (kuningan, perunggu)

Ini adalah paduan yang terdiri dari tembaga murni dengan satu atau lebih unsur tambahan. Aplikasi: Pengerasan permukaan komponen tahan aus (misalnya, bantalan, katup). Setelah pendinginan laser, permukaan membentuk struktur nanokristalin, meningkatkan kekerasan sebesar 15% hingga 30%. Namun, suhu pemanasan harus dikontrol untuk mencegah pelunakan matriks tembaga.

III. Material Fungsional Khusus

1. Keunggulan Material Metalurgi Serbuk (misalnya, komponen metalurgi serbuk berbahan dasar besi dan tembaga): Struktur berpori dapat menyimpan oli pelumas, dengan permukaan menjadi lebih padat setelah pendinginan laser. Kekerasan meningkat dari 20-30 HRC menjadi 50-55 HRC, sehingga cocok untuk bantalan pelumas mandiri.

2. Material Pelapis Permukaan (misalnya, lapisan semprot termal dan lapisan pelapis) Aplikasi Khas: Setelah pendinginan laser pada lapisan WC-Co yang disemprotkan pada permukaan baja karbon, terbentuk struktur komposit "matriks martensit + fase karbida tersemen", yang mencapai kekerasan melebihi 1000 HV. Material ini digunakan dalam komponen tahan aus pada mesin pertambangan.

IV. Material yang tidak cocok untuk pendinginan laser

Baja karbon rendah (kandungan karbon Karena kandungan karbon yang tidak mencukupi, transformasi martensitik minimal, sehingga menghasilkan efek pengerasan yang buruk (peningkatan kekerasan

Baja tahan karat austenitik murni (misalnya, 316L): Tidak memiliki kemampuan transformasi martensitik. Pemanasan laser hanya menyebabkan pengerasan kerja dengan peningkatan kekerasan yang terbatas (sekitar 15% -20%).