Relationships for heating depth versus power, diameter and moving velocity of the continuous laser beam. Theory and experiment

• Autorzy: Kraposhin V. S.

Warianty tytułu

PL

Zależność głębokości nagrzewania od mocy, średnicy i prędkości ciągłej wiązki laserowej. Teoria i eksperyment

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Simple engineering relationships have been derived for the dependence of a heating depth z on the combination ofmain continuous heating source parameters, P/(dv)n, where P, d, v stand for a beam power, diameter and moving Velocity respectively. The function z vs P/(dv)n must be linear with n = 0.5 for the one-dimensional heating and n = 0.4 for the three-dimensional heating. Experimental verification for these relationships is presented for several steels and cast irons after cw CO2-laser heating. As expected occurs these linear relationships were true for both solid state heating and melting. In some cases the phase composition of steels can be presented as the function of the P/(dv)n parameter. Several conclusions can be established: - the dependence of the quenched layer thickness (both with or without melting) for steels and cast irons on the heat source parameters P, d, v can be described as the linear function of PFon, and the Fourier criterion is defined approximately as a/(dv) and the exponent m = 0.5 or 0.4 for one-dimensional and three-dimensional case respectively; - the linear dependence z vs PF0n' has been experimentally proved for laser and plasma heating ofvarious steels and cast irons.

PL

W artykule została pokazana prosta zależność matematyczna między głębokością nagrzewania z oraz kombinacją głównych parametrów ciągłych żródła ciepła: P/(dv)n, w której P, d, v to odpowiednio moc, średnica i prędkość wiązki. Zależność Z = P/(dv)n ma charakter liniowy przy n = 0,5 dla jednowymiarowego nagrzewania oraz n = 0,4 dla nagrzewania trójwymiarowego. Wykonane eksperymenty potwierdziły tę zależnośćw badaniu wykonanym dla kilku rodzajów stali i żeliw nagrzewanych laserową wiązką CO2. Zgodnie z oczekiwaniami występująca liniowa zależność jest prawdziwa zarówno podczas nagrzewania ciała stałego, jak i warstwy nadtopionej. W niektórych przypadkach także skład fazowy stali może być określony jako funkcja parametrów P/(dv)n. Na podstawie przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski: - Zależność grubości warstwy zahartowanej (zarówno nadtopionej, jak i nienadtopionej) stali i żeliwa od parametrów źródła ciepła P, d, v została opisana jako funkcja liniowa PFon, gdzie kryterium Fouriera zostało określone w przybliżeniu jako a/(dv) oraz wykładnik m odpowiednio jako równy 0,5 lub 0,4 dla przypadków jednowymiarowego lub trójwymiarowego nagrzewania; - zależność liniowa z = PFon została doświadczalnie wyznaczona dla nagrzewania laserowego i plazmowego dla różnych rodzajów stali i żeliw.

Słowa kluczowe

EN

surface treatment; laser heating; steels; cast irons; heat flow; hardened layer

PL

obróbka powierzchniowa; nagrzewanie laserowe; stale; żeliwa; przepływ ciepła; warstwa utwardzona

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 5
• Strony: 485--487
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Kraposhin V. S.

• Bauman Moscow State Technical University, Russia

Bibliografia

• [1] Anisimov S. I., lmas Ya. A., Romanov G. S., Khodyko Yu. V.: Effect of high-power radiation on metals [in Russian]. Nauka, Moscow (1970).
• [2] Rykalin N. N., Uglov A. A.: Thermophysical processes in the interaction between laser radiation and absorbing media. Izvestia Akademii Nauk SSSR, Seria: Fizika 46 (1982) 1018÷1025.
• [3] Ready J.: Effects of high-power laser radiation. Plenum, New York (1971).
• [4] Steen W. M., Courtney C.: The surface heat treatment of En8 steel using a cw-CO laser. Met. Technol. 4 (1979) 456÷467.
• [5] Antona P., Blarasin A., Castagna M., Gay R.: lndurimento per trnasformazione di fase di leghe ferrose mediante lazer dipotenzal. Fonderia Ital. 3 (1980) 61÷71.
• [6] Ramous E., Tiziani A., Magrini M., et al.: Laser surface treatment of tool steels. lnt. Conf. Met. Glasses: Sci. and Technol. Budapest (1981) 235÷240.
• [7] Kou S., Sun D. K., Le Y. P.: Fundamental study of laser transformation hardening. Met. Trans. A 14 (1983) 643÷653.
• [8] Kraposhin V. S., Bobrov A. V., Gaponenko O. S.: Surface hardening of steel 9KhF heated by a plasma torch. Metal Science and Heat Treatment 31 (1989) 816÷821.
• [9] Kraposhin V. S.: Dependence of the depth of hardening in steel and cast iron on the regime of laser radiation. Fizika i Khimia Obrabotki Materialov 6 (1988) 88÷96.
• [10] Lyakhovich L. S., lsakov S. A., Kartoshkin V. M., Pakhadnya V. R.: Laser alloying. Metal Science and Heat Treatment 27 (1985) 808÷812.
• [11] Ramous E., Menin R.: Laser surface melting of cold work die steels. 4th lnt. Conf. Rapid. Quenched Metals, Sendai, August 24÷28 (1981) Vol. 1 189 ÷191.
• [12] Hawkes J. C., Steen W. M., West D. R. F.: Laser surface melt hardening of S. G. irons. 151 lnt. Conf. Laser Manuf., Brighton, November 1÷3 (1983) 97÷108.