Giáo trình Công nghệ laser (Phần 1)
Tóm tắt Giáo trình Công nghệ laser (Phần 1): ...hơi (điện cực đống vai trò nh− một dụng cụ cắt). D−ới tác dụng của áp suất hơi chất lỏng đ−ợc tạo nên làm khuấy kim loại bị tác dụng lên và tống chúng ra khỏi vùng tác dụng ở dạng các giọt kim loại lỏng hay hơi và tạo nên vết lõm trên bề mặt vật gia công. Qúa trình gia công xảy ra trong môi...trung đã đ−ợc sử dụng khá phổ biến. Có thể liệt kê các ph−ơng pháp đó là : gia công bằng các chùm tia Plasma, gia công bằng tia lữa điện, gia công bằng chùm tia điện tử, gia công bằng chùm tia laser. Trong đó gia công bằng chùm tia laser đ−ợc ứng dụng rất nhiều trong công nghệ hiện đại. Lase...ủa ánh sáng kích thích. Vì vậy hiện nay ng−ời ta thay chúng bằng các chất vô cơ. Các dung dịch vô cơ đ−ợc chế tạo từ Oxyd Clorua phot pho hoặc oxyd clorua selen với nêôdim (Nd) hoặc một ít Clorit thiếc hoặc các halogen kim loại hoà tan. Loại laser chất lỏng vô cơ có công suất bức xạ cao (cở ...
hần quang học Môi tr−ờng quang học là bộ phận quan trọng - “trái tim của laser”có nhiệm vụ tạo ra sóng điện từ hay sóng ánh sáng. Môi tr−ơng hoạt tính của laser có thể dùng các chất : • Khí và hổn hợp khí (Ne, He, CO2,... • Tinh thể (Rubi-hồng ngọc,...) Thuỷ tinh hợp chất • Chất lỏng : các dung dịch sơn, chất hữa cơ, vô cơ,... • Chất bán dẫn (Ge, Si,...) Để cung cấp cho môi tr−ờng hoạt tính một năng l−ợng cần thiết để tạo nên vùng đảo các hạt ở các mức năng l−ợng cao ng−ời ta dùng nguồn kích thích. Nguốn kích thích th−ờng dùng là : nguồn ánh sáng đèn với hệ thống g−ơng phản chiếu; dòng điện tần số cao; cũng có thế dòng điện một chiều hay dòng điện có tần số thấp. 3.5 Phân loại laser : Có nhiều ph−ơng pháp để phân loại laser. Dựa theo vật liệu cấu tạo nên môi tr−ờng hoạt tính ng−ời ta chia laser thành 3 loại : laser rắn, laser lỏng và laser khí. • Laser rắn : Laser dạng rắn đ−ợc tạo thành từ việc bức xạ của một số chất có tính chất đặc biệt với một số nguyên tố có hoạt tính đặc biệt chịu sự tác dụng của bức xạ ánh sáng. Laser dạng rắn : hay sử dụng là Rubin-Hồng ngọc Al2O3 với 0,0 % Cr2O3; Kính, Y3Al5O12, CaWO4; 31 Laser hồng ngọc đ−ợc sử dụng rộng rãi hơn các loại khác vì nó yêu cầu năng l−ợng kích thích thấp hơn các loại kia. Đây là loại laser đầu tiên đ−ợc chế tạo từ rubi hồng ngọc, tức là từ Oxyd nhôm với 0,05 % Cr . Loại laser này có tính dẫn nhiệt, bền nhiệt tốt, cho phép làm việc với tần số cao. Tiếp sau là laser chế tạo từ thuỷ tinh với các ion Neodim ( Nd) . Đây cũng là loại laser thể rắn, nguyên lý hoạt động của chúng t−ơng tự nhau. Laser thuỷ tinh Nd có độ đồng nhất cao đảm bảo góc phân kỳ (góc mở) nhỏ và cho phép bức xạ đều.giá thành rẻ, dẫn nhiệt tốt, có độ bền cơ học, độ bền nhiệt cao, thời gian phục vụ lâu. Quá trình làm việc của loại laser này theo sơ đồ 4 mức năng l−ợng nên hầu nh− không thay đổi nhiều theo nhiệt độ, các thông số của laser vì thế sẽ ổn định hơn. Nh−ợc điểm của loại này là tính dẫn nhiệt và chịu nhiết kém, hạn chế khả năng nâng cao công suất hoặc khi làm việc ở chế độ liên tục. Vì thế, hai loại laser trên đang đ−ợc cải thiện và hoàn chỉnh liên tục . Các loại laser trên cho phép gia công lỗ có đ−ờng kính từ 10 ... 500 àm với chiều dày của vật liệu từ 1 .. 3 mm • Laser thể khí có các loại : Laser CO2 - N2. - Laser CO2 - Ne - He - Laser N2, Ar,... Laser thể khí có b−ớc sóng dao động trong khoảng rộng, từ tử ngoại đến hồng ngoại, cho nên cho phép ta chọn đ−ợc loại laser phù hợp với từng loại vật liệu gia công : kim loại, thuỷ tinh, chất bán dẫn, gốm sứ, vải, gỗ,... Hệ số hửu ích cao Ví dụ : Laser thuỷ tinh - Nd đạt hệ số hửu ích η = 0,1 ... 1 % (có thể đạt 2... 3%) Laser CO2 có thể đạt hệ số hửu ích η <= 25 %, Công suất bức xạ đến 100KW Có thể làm việc ở chế độ liên tục hay chế độ xung; vận hành đơn giản. Hệ số hửu ích CO2 có thể cạnh tranh trong các công việc cắt xén vải, giấy, giấy các ton, da, gỗ, cắt những tấm mỏng từ kim loại cứng. • Laser lỏng là một trong những h−ớng mới của laser. Có 2 loại chất lỏng th−ờng dùng là các hổn hợp hữu cơ kim loại và chất màu. Loại hổn hợp hữu cơ kim loại chứa một số nguyên tố hiếm nh− Eu (eu-rô-pi). Môi tr−ờng hữu cơ 32 đóng vai trò trung gian, nhận năng l−ợng của nguồn ánh sáng kích thích rồi truyền lại cho các nguyên tử Eu bị kích thích và bức xạ với b−ớc sóng 0,61 àm. Các loại laser lỏng có nh−ợc điểm là môi tr−ờng hoạt tính không bền vững, chất hữu cơ bị phân huỷ d−ới tác động của ánh sáng kích thích. Vì vậy hiện nay ng−ời ta thay chúng bằng các chất vô cơ. Các dung dịch vô cơ đ−ợc chế tạo từ Oxyd Clorua phot pho hoặc oxyd clorua selen với nêôdim (Nd) hoặc một ít Clorit thiếc hoặc các halogen kim loại hoà tan. Loại laser chất lỏng vô cơ có công suất bức xạ cao (cở 500W ở chế độ xung) và hiệu suất khá cao (t−ơng đ−ơng laser rắn với hợp chất Nd) • Laser không cần nguồn cung cấp điện : + “Laser khí động học” hay “laser phản lực” : Ng−ời ta tạo ra vùng đảo bằng ph−ơng pháp giản nở khí đột ngột . + Laser hoá học Dùng năng l−ợng sinh ra do các phản ứng hoá học để tạo ra vùng đảo các mức năng l−ợng. + Laser gamma là một loại laser có cấu tạo phức tạp công suất lớn và b−ớc sóng ngắn có thể đạt cở vài Ao (<10-7 cm). Bảng 3.1 các thông số đặc tr−ng của một số loại Laser [4] Môi tr−ờng hoạt tính B−ớc sóng Tần số Thời gian một xung Khoảng thời gian cho phép làm việc Công dụng àKm Hz 1 xung (giây) Rubin 0,6943 1 ... 5 (0,5 -3).10-3 (50... 100).103 xung Hàn, khoét lỗ Thuỷ tinh + Nd 1,06 0,05 ... 10 1 10-7 ... 2.10-3 (50... 100).103 xung hàn khoan lỗ hợp kim cứng YAl5O12 1,06 50 ... 100 2.10-4 (50... 100).103 xung Cắt CO2-N2-He 10,6 Liên tục 50 ... 200 500 ... 1000 giờ Hàn và cắt N2 0,3371 100 ... 150 500... 1000 giờ Gia công màng mỏng và chất bán dẫn 33 3.6. Đặc điểm và khả năng ứng dụng của laser 3.6.1 Đặc điểm của laser 1. Công suất ( C−ờng độ ) của nguồn bức xạ bằng ánh sáng rất mạnh so với nguồn năng l−ợng điện từ có cùng nguồn. 2. Độ đơn sắc cao . Độ đơn sắc đ−ợc đặc tr−ng bởi tỷ số à = ∆λ / λo . S = ∆ω / ωo Trong đó ∆λ - Chiều rộng quang phổ; à - Mức độ đơn sắc ωo - Tần số ứng với độ dài b−ớc sóng λo Laser Rubin-Hồng Ngọc : λ = 0,69 àm Với D = 1 cm Đ−ờng kính chùm tia bức xạ thì góc phân kỳ θ0,5 = 0,85.10-4 rad ≈ 14'' Laser CO2 : λ = 10,6 àm Với D = 1,2.10-3 cm Đ−ờng kính chùm tia bức xạ thì θ0,5 = 0,85.10-4 rad ≈ 3'20'' Trong thực tế góc phân kỳ có lớn hơn do ảnh h−ởng của độ đồng nhất về sự phân bố biên độ và các pha trong vùng bức xạ. Ví dụ - kích th−ớc vùng bức xạ của tinh thể hồng ngọc khoảng 100 àm; kích th−ớc vùng bức xạ của hổn hợp hồng ngọc khoảng 850 àm (R−kalinpage 8) 3. Tính đồng loạt cao : Thời gian kết hợp đối với tia ánh sáng th−ờng là : 10-8 s Thời gian kết hợp đối với tia laser là : 10-2 - 10-1s 4. Kích th−ớc chùm tia nhỏ, có h−ớng tập trung và có tính hội tụ cao 5. Tần số ổn định; 6. Thời gian một xung ngắn khoảng 10-9 giây 34 10-9 s 10-8 s 10-3 s Liên tục τ Loạ Vùn ứng λ L H g dụng Hình 7. B n 7 tr đ c c 0,2 Tử ng Hg ớp mà ấp thụd-thuỷ tinh YAG, Rubun, CO2 i laser NRubin, N2; Thuỷ tinh + Nd Gia công màng mỏng Đột lỗ 4-1 Khoảng thời gian bức xạ của một số loại lase −ớc sóng ngắn và có dãi sóng bức xạ lớn từ tia c ên khả năng ứng dụng rộng. Chiều dài b−ớc sóng 0 àm). Trong thực tế ng−ời ta quan tâm nguồn có ong khoảng 0,4 - 10,6 àm. Vì trong khoảng nà −ợc một số thông số yêu cầu : nguồn nhiệt l−ợn ông suất khi máy phát làm việc liên tục có ý ng ông kim loại. 0,33 oại 0,5 0,63 0,69 1,06 N2 Ar Xe He - Ne Rubi ng mỏng Kim loại cao Cắt [5](trang.1) ự tím đến hồng ngoại trong khoảng ( 0,1 - chiều dài b−ớc sóng y nguồn laser đã đạt g, công suất xung và hĩa cho quá trình gia 10,6 Hồng ngoại n Nd CO2. Phi kim loại 35 Hình 4-2 Sơ đồ phân bố các loại sóng bức xạ của một số laser [5] (trang 17) 8. Mật độ nguồn nhiệt lớn ( 107 ... 108 W/ cm2 . Có thể đạt 1010 - 1014 W/cm2. 1- Nguồn nhiệt của tia lữa điện 2- Nguồn nhiệt của laser có xung tuần hoàn (q=1010-1014 w/cm2. 3- Nguồn nhiệt của laser liên tục có q = 108-109 w/cm2. 4- Nguồn nhiệt của chùm tioa điện tử 5- Nguồn nhiệt của hồ quang hàn 6- Nguồn nhiệt của hồ quang plasma 10-2 1,0 Đ−ờng kính điểm nóng chảy, mm 2 3 4 5 6 7 1 Q w/cm2 1010 106 102 Hình 3-10 Sơ đồ mức độ tấp trung của các nguồn nhiệ Ng−ời ta chỉ trong khoảng thời gian nửa phần triệu giây nhiệt độ có khả năng này ng−ời ta đang nghiên cứu sử dụng chùm tia khoan, khoét, hàn, cắt các loại vật liệu cứng và siêu cứng. Ngoài ra laser còn nhiều ứng dụng quan trong khác tr trong y khoa, trong kỹ thuật ảnh, trong thông tin liên lạc, ... 3.6.2 Khả năng ứng dụng của laser [1], [15]. Laser đ−ợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ laser đ−ợc sử dụng trong một số lĩnh vực sau : 1. Laser trong công nghệ hoá học 2. Laser trong công nghẹ vật liệu bán dẫn t [6] một diện tích hẹp thì thể đạt 8000 oC. Với laser để gia công : tính rằng nếu tập trung nguồn nhiệt này lênong lĩnh vực quân sự, nghệ. Theo [15] công 36 3. Laser trong công nghệ chế tạo vật liệu kim loại 4. Laser trong công nghệ gia công vật liệu 5. Laser -công nghệ năng l−ợng 6. Laser trong lĩnh vực topography 7. Laser trong các lĩnh vực khác (kiến trúc, nghệ thuật,y tế, Trong chuyên đề này chỉ đề cặp đến công nghệ laser trong gia công vật liệu. Phân loại công nghệ laser trong gia công vật liệu. • Cắt bằng laser • Khoan (khoan bằng đơn xung, đa xung, khoan tế vi (d < 0,5 mm), • Hàn bằng laser ( Hàn, kiểm tra khuyết tật, kiểm tra cơ tính, kiểm tra mõi, đo độ cứng th−ờng và độ cứng tế vi, kiểm tra tổ chức kim loại,... • Hàn vảy (vảy hàn cứng) • Hàn vảy (vảy hàn mềm) Phân loại công nghệ laser trong công nghệ vật liệu. • Biến cứng bề mặt • Làm bóng và đông cứng bề mặt • Hợp kim hoá bề mặt và phủ bề mặt • Luyện kim bột 1 Trong công nghiệp : • Gia công vật liệu với độ chính xác cao • Có thể hàn, cắt, khoan các loại vật liệu đặc biệt là vật liệu cứng và dòn nh− kim c−ơng, thuỷ tinh, sứ,... • Không tiếp xúc trực tiếp cơ học với vật gia công nên ít gây biến dạng • Có vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp vi điện tử • Laser còn là ng−ời kiểm tra chất l−ợng lý t−ởng với độ chính xác và tin cậy cao nhờ có khả năng ánh sáng tập trung, hội tụ cao,... (kính hiển vi laser, thiết bị kiểm tra tham số hình học, thiết bị kiểm tra bề mặt,...) 37 2 Laser trong thông tin liên lạc • Truyền tin trên mặt đất và trong vũ trụ bằng tia laser vì tia sáng laser nh− một luồng sóng điện từ rất mạnh, định h−ớng cao, có khả năng mang một l−ợng thông vô cùng lớn. • Định vị vẹ tinh nhân tạo • Điều khiển hệ máy bay cất cánh và hạ cánh,... 3 Laser trong khoa học kỹ thuật • Dùng tia laser công suất lớn để “bơm” năng l−ợng cho môi tr−ờng plassma đến nhiệt độ cần thiết cho phản ứng nhiệt hạch. • Sử dụng tia laser để làm giàu uranium ... 4 Laser trong quân sự • Chùm tia laser - “Đại bác laser” với năng l−ợng 1014-1016 w/cm2 có thể làm cháy, là xuyên thủng bất kỳ mục tiêu nào. • Các loại máy đo cự ly, radar laser là ng−ời trinh sát tinh t−ờng và chính xác • Sử dụng laser trong điều khiển đ−ờng bay của bom, tên lữa (tên lữa laser, bom laser,...) sai số của bom laser khoảng 3-4 m trong khi sai số của bom th−ờng là 100-150m. 5 Laser và kỹ thuật toàn hình (hologrrahy) • Tạo ảnh toàn hình • Xây dựng kỹ thuật điện ảnh toàn hình 6 Laser trong y học • Tia laser - một y cụ giải phẩu tuyệt vời; (Vi phẩu thuật mắt, các vếttrên da, các khối u,... • Sử dụng tia laser trong châm cứu ; • Sử dụng sợi quang dẫn để truyền ánh sáng laser đến các bộ phận bên trong cơ thể (nh− dạ dày, ruột,... ) để chẩn đoán và điều trị 7. ứng dụng laser trong phục chế các t−ợng đài kỷ niệm, các di tích lịch sử bị hoen ố, ... 38 8. Laser trong nông nghiệp • Dùng tia laser để kích thích tăng tr−ởng • Dùng tia laser để xử lý hạt giống, tăng tỷ lệ nảy mầm 9. Tia laser trong lĩnh vực bảo vệ môi tr−ờng • ứng dụng tia laser để phân tích, kiểm tra ô nhiểm môi tr−ờng 39 Thành phần % 0,25 - 0,45 <= 12 <= 2,5 <= 1,5 <= 1,5 <= 1,5 <= 1 <= 1 Giới hạn bền <= 180 , sau nhiệt luyện có thể đạt 260 - 300 KG/mm2 Nhóm III : Thép hợp kim martensit - hoá già Bảng 1.3 Tên nguyên tố C Cr Ni Co Mo Ti Thành phần % 0,25 - 0,45 17 - 19 <= 7 - 9 <= 4- 6 <= 0,5-1 Giới hạn bền (<= 190 - 210), thêm 12-16 % Co, 8-10% Mo, 12-13%Ni thì độ bền có thể đạt 280 KG/mm2, HRC 62, δ=8% 1.4 Hợp kim có tỷ bền cao ( σB/ γ ) Hợp kim có tỷ bền cao : Nhôm, ti tan γ - khối l−ợng riêng của vật liệu g/cm3. σB - Giới hạn bền của vật liệu KG/mm2. Ví dụ : Hợp kim titan σB > 160 KG/mm2. γ = 4,51 Tỷ bền K = 34,5 Đặc biệt hợp kim ti tan còn có tính chịu ăn mòn trong các loại môi tr−ờng cao nên đ−ợc ứng dụng rất rộng rải. Hợp kim nhôm AlMg6 σB = 39 KG/mm2. γ = 2,7 Hệ số tỷ bền là K = 14,4 Chúng ta có thể so sánh với thép thông th−ờng : Thép CT38 σB = 38 KG/mm2. γ = 7,87 g/cm3. Hệ số tỷ bền là K = 4,8 1.5 Tính chất của một số kim loại nguyên chất khó chảy và khó gia công Bảng các tính chất của các kim loại khó nóng chảy và các nguyên tố hợp kim Bảng 1-4 Đặc tính Đơn vị tính Be V W Hf Co Si Mn Mo Ni Khối l−ợng riêng G/cm3 1,84 6,11 19,3 13,31 8,92 2,33 7,4 10,2 8,91 Nhiệt độ nóng chảy oC 1283 1900 3410 2222 1495 1412 1245 2625 1425 Nhiệt độ bay hơi oC 2450 3400 5930 5400 3100 2600 2150 4800 3080 Hệ số giản nở vì nhiệt x 10. 11,6 10,6 4,0 5,9 12,08 6,95 23 5,49 13,3 Giới hạn bền KG/mm2 40-60 22-48 100-120 40-45 50 70 70 28-30 Độ giải dài t−ơng đối % 0,2-2 17 0 30 5 0 30 40 Độ cứng Brinel HB 60-85 70 350 120 125 240 125 65-70 2 Bảng 1-5 Đặc tính Đơn vị tính Nb Re Ta Ti Cr Zr Ghi chú Khối l−ợng riêng G/cm3 8,57 21 16,6 4,51 7,19 6,45 Nhiệt độ nóng chảy oC 2500 3180 2996 1668 1910 1860 Nhiệt độ bay hơi oC 5127 5900 5300 3277 2469 3700 Hệ số giản nở vì nhiệt x 10. 7,1 6,8 6,6 8,3 6,7 6,3 Giới hạn bền KG/mm2 30-45 50 45-55 40-45 30-35 25 Độ giải dài t−ơng đối % 20 24 25-35 30-40 15 15-30 Độ cứng Brinel HB 75 250 45-125 130-150 100 65 Tính chất của một số các bít, Borit, Silixit, Nitrit Bảng 1-6 Các bít Thành phần Ti Zr Hf V Nb Ta Cr Mo W Các bon C % 20,05 11,64 6,31 19,08 11,45 6,22 13,34 5,89 6,13 Khối l−ợng riêng G/cm3 4,94 6,60 12,65 5,50 7,82 14,50 6,74 9,06 17,13 T nc oC 3150 3420 3700 2850 3600 3880 1895 2410 2790 Hệ số truyền dẫn nhiệt Cal/(cm.s. oC) 0,069 0,09 0,07 0,09 0,04 0,053 0,046 0,076 0,072 Hệ số giản nở nhiệt x 10(-6) 8,50 6,95 6,06 7,20 6,50 8,29 11,70 7,80 3,84 Độ cứng HRA HRA 93,00 87 84 91 83 82 81 74 81 Bảng 1-7 Borits ( + B ) Thành phần Ti Zr Hf V Nb Ta Cr Bo B % 31,20 19,17 10,81 29,81 18,89 10,68 29,38 Khối l−ợng riêng G/cm3 4,52 6,09 11,20 5,10 7,00 12,62 5,60 T nc oC 2980 3040 3250 2400 3000 3100 2200 Hệ số truyền dẫn nhiệt cal/(cm.s.oC) 0,144 0,058 - 0,137 0,040 0,026 0,053 Hệ số giản nở nhiệt x 10e(-6) 8,10 6,88 5,73 7,5 8,10 5,12 11,10 Độ cứng HRA HRA 86 84 83 84 Bảng 1-8 Nitrit ( + N2 ) Thành phần Ti Zr Hf V Nb Ta Cr Ni tơ N % 22,63 13,31 7,28 21,56 13,10 7,19 Khối l−ợng riêng g/cm3 5,44 7,35 13,84 6,10 8,41 15,86 T nc oC 2950 2980 2980 2050 2050 2890 Hệ truyền dẫn nhiệt cal/(cm.s.oC) 0,046 0,049 0,027 0,009 0,021 Hệ số giản nở nhiệt x 10e(-6) 9,35 7,24 6,9 8,10 10,10 3,60 Độ cứng HRA HRA Bảng 1-9 Si líc Si % 53,98 38,11 23,93 52,44 37,68 23,69 51,93 Khối l−ợng riêng g/cm3 4,13 4,86 8,03 4,66 5,66 9,10 5,00 3 T nc oC 1540 1750 1660 2160 2200 1500 2030 Hệ số truyền nhiệt cal/(cm.s.oC) 0,111 0,037 0,383 0,397 0,052 0,025 Hệ số giản nở nhiệt x 10e(-6) 8,8 8,6 11,2 11,7 8,8 10,0 Độ cứng HRA HRA 81 1.6 Vật liệu bột Vật liệu kim loại hợp kim có thể đ−ợc chế tạo từ bột kim loại bằng ph−ơng pháp nấu chảy thông th−ờng hoặc kết hợp ép bột kim loại với thành phần các nguyên tố khác : C, Al2O3, Các bít, borit, ... để nhận đ−ợc hợp kim cứng hay kim loại gốm. Bảng 1.10 [2] Loại vật liệu Các cấu tử chính Vật liệu kết cấu Fe, Fe-Cu, Fe-P, Fe - C Fe-Ni-Cu, Fe-Cu-C Fe-Ni-Cu-Mo-C Thép không gỉ, Brông (Cu+Sn), Latông (Cu +Zn),... Ti Au-Cu Kim loại và hợp kim có cấu trúc xít chặt • Kim loại chịu nhiệt • Kim loại dùng trong kỹ thuật hạt nhân • Siêu hợp kim • Thép hợp kim W, Mo, Ta, Nb, Re Be, Zr Các hợp kim trên cơ sở Ni, Co Thép dụng cụ, thép gió Vật liệu có độ xốp cao • Bạc xốp tự bôi trơn • Tấm lọc Brông ( Cu+Sn+Al,Pb,) thép không gỉ, Cu-Al Ni-Cr, monel, Ti, Zr, Ag, Ta, Thép không gỉ Vật liệu liên kim loại Ni - Al MoSi2 Ti-Al Co - Mo- Si Hợp kim cứng đ−ợc chế tạo bằng ph−ơng pháp ép và thiêu kết với áp lực và nhiệt độ thích hợp. Hợp kim cứng có hai loại : đặc và xốp ( có lỗ rỗng). Chúng th−ờng đ−ợc ứng dụng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, vật liệu mủ đậy, võ bọc, ... Nhiệt độ làm việc có thể đạt 1000 - 2000 oC Hợp kim cứng có nhiều loại : ( trang 19 - 20 ) • Hợp kim cứng vônfram (WC) • Hợp kim cứng W - Ti • Hợp kim cứng Ti-Ta-W 4 Bảng 1.7 [2] [9] Mác hợp kim Thành phần % Ký hiệu theo LX và theo TCVN Các bít W Các bít tanta n Cácbít Titan Co Coban σ (KG/m m2) γ ( g/cm3) HRA >= Nhóm WC BK3M (WCCo3) 97 3 110 15-15,3 91,0 BK4 (WCCo4) 96 4 130 14,9-15,1 89,5 BK60M 91 ,9 6 120 >=14,75 91,5 BK6M (WCCo6) 94 6 130 14,8-15,1 90 BK8 (WCCo8) 92 8 140 14,4-15,8 87,5 BK100M 90 10 140 >=14,3 - BL10M (WCCo10) 90 10 140 >=14,3 88,5 BK15M (WCCo15) 85 15 155 >=13,8 87,0 BK150M (WCCo15) 82 ,9 15 150 >=13,8 - BK25 (WCCo25) 75 25 220 12,9-13,2 82 Nhóm Ti-WC T15K6 (WCTi15Co6) 79 15 6 110 11-11,7 90 T5K10 (WCTiCo10) 85 6 9 130 12,3-13,2 88,5 NhómTi-Ta-WC TT7K12 (WCTTC7Co12) 81 3 4 12 170 13-13,3 87 TT10K8 (WCTTC10Co8) 82 7 3 8 140 13,5-13,8 89 TT20K9 (WCTTC20Co9) 71 12 8 9 150 12-13 89 Chú ý : Vật liệu ký hiệu theo TCVN đ−ợc đặt trong dấu ngoặc đơn. 1.7 Nhóm vật liệu Cácbon - Nitrit - titan Khối l−ợng riêng 5,6 - 6,2 g/cm3 HRC 88 - 93 HRC Giới hạn bền uốn 120 - 180 KG/mm2. 1.8 Nhóm vật liệu Cácbít - crôm + hợp kim cứng ( page 208 ) Khối l−ợng riêng 6,6 - 7,0 g/cm3 HRC 80 - 90 HRC Giới hạn bền uốn 40 - 70 KG/mm2. 5 1.9 Nhóm vật liệu không có vônfram Gồm có các thành phần các chất nh− sau : TIC% TiN% 4Ni1Mo Khối l−ợng riêng HRA Giới hạn bền uốn THM-20 79% - 21% 5,5 g/cm3. 91 115 KG/mm2. THM-25 74 26 5,7 90 130 THM30 70 30 5,9 89 140 KTHM30A 26 42 32 5,8 88 150 1.10 Vật liệu bột mài và dụng cụ cắt Bảng 1.8 Loại vật liệu Độ cứng Knoop Giới hạn bền Mpa = N/mm2 T nc oC HRA Kim c−ơng 8000 7000 3500 Nitrit Bo ( BN) 5000 7000 1540 TiC 3100 2800 3100 93 SiC 3000 1000 2400 WC 2700 5000 2780 82 - 90 Al2O3 2100 3000 2050 SiO2 1000 1200 Thép đã tôi (để so sánh) 800 1200 1.11 Vật liệu siêu cứng. [2] Bảng 1.9 Vật liệu KL riêng g/cm3 Độ cứng HV Giới hạn bền MPa Nhiệt độ giới hạn của độ bền Kim c−ơng tự nhiên 3,01-3,56 10.000 1900-2100 600-850 Kim c−ơng nhân tạo • Loại đơn tinh thể • Loại đa tinh thể 3,48-3,54 3,30-4,00 8.600-10.000 8.000-10.000 2000 200-800 850 700 Nitri Bo (BN) • Loại đơn tinh thể • Loại đa tinh thể 3,44-3,49 3,30-3,40 9.000-9500 7.000-8.000 500 2000-3000 1200 1400 Vật liệu kim c−ơng tuy có độ cứng cao nh−ng bị giới hạn bởi độ bền nhiệt (Có nhiệt độ giới hạn của độ bền thấp ) Vật liệu nitrit bo ( BN ) có độ cứng cao và có tính bền nhiệt cao nên thích hợp với gia công cơ ( khoan tiện, phay, ... Chú ý : Càng tăng độ bền và độ cứng vật liệu thì vận tốc cắt giảm đi . Tốc độ cắt gọt tỷ lệ nghịch với bình ph−ơng giới hạn bền của vật liệu. 6 Khó khăn chủ yếu khi gia công là do : • Lực cắt yêu cầu phải lớn; đối với thép bền nhiết tăng 1,5 lần; đối với hợp kim bền nhiệt tăng 2 - 2,5 lần so với khi gia công thép C45. • Các hợp kim này có tính dẫn nhiệt kém nên nhiệt độ sinh ra tại vùng cắt rất cao • Khi gia công cắt các loại thép có độ bền nhiệt vận tốc cắt giảm 10 - 20 lần so với khi gia công thép C45 ( Ký hiệu theo Nga 45 ). • Giá thành bột kim loại th−ờng đắt hơn 1,5 - 3,5 lần so với kim loại cơ bản. Nh−ng với kim loại chế tạo bột ngay từ đầu thì th−ờng có giá thành rẻ hơn. Tuy giá đắt hơn nh−ng nó đ−ợc bù lại do có hệ số sử dụng cao với những tính chất đặc biệt. • Theo các chuyên gia kinh tế để đánh giá hiệu quả của vật liệu gốm ng−ời ta thấy : Cứ cho 1000 tấn sản phẩm thì tiết kiệm đ−ợc 1500 - 2000 tấn kim loại, vì lẽ đó mà nó giảm bớt đ−ợc 50 đơn vị máy gia công, cùng lúc làm giảm 120.000 giờ gia công và năng suất nói chung tăng lên 1,5 lần. 7
File đính kèm:
- giao_trinh_cong_nghe_laser_phan_1.pdf