激光淬火過程中 Lumasense Impac ISR 12 高溫計(jì)的關(guān)鍵作用

引言

激光淬火作為一種高效的表面強(qiáng)化工藝，在現(xiàn)代制造中扮演著重要角色。對于工程鋼材如 AISI 4140，通過激光快速加熱并自冷卻，能夠顯著提高表面硬度、耐磨性以及抗疲勞性能。然而，工藝過程中的多次熱循環(huán)可能引發(fā)復(fù)雜的相變動(dòng)力學(xué)與殘余應(yīng)力演變，其機(jī)理尚未明晰。因此，掌握在多循環(huán)激光淬火過程中的實(shí)時(shí)溫度變化，對于理解并優(yōu)化材料性能至關(guān)重要。

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本研究旨在探討多循環(huán)激光淬火（multi-pass laser hardening）對 AISI 4140 鋼的組織演變、硬度分布及表面殘余應(yīng)力的影響。具體目標(biāo)包括：

• 分析不同熱處理狀態(tài)下（如淬火回火態(tài)、正火鐵素體-珠光體態(tài)、退火鐵素體-珠光體態(tài)），多次激光掃描對材料相變行為的影響。

• 明確多次激光掃描是否存在累積效應(yīng)，如何影響表面殘余應(yīng)力及硬化層深度。

• 探索通過調(diào)整激光功率、掃描次數(shù)，實(shí)現(xiàn)對材料性能的定向調(diào)控。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)需要精確監(jiān)控試樣表面的瞬時(shí)溫度分布及其動(dòng)態(tài)變化。這正是高精度測溫儀器 Lumasense Impac ISR 12 在本研究中的核心作用。

Lumasense Impac ISR 12 的主要作用

Lumasense Impac ISR 12 是一款兩色高溫計(jì)（two-color pyrometer），基于不同波長紅外輻射比值原理，可在極短響應(yīng)時(shí)間內(nèi)測量高溫物體的表面溫度，且對發(fā)射率變化不敏感。這一特性對于激光加工尤其關(guān)鍵，因?yàn)楣ぜ砻嬖谑軣岷蟪０殡S熔化、粗糙化及氧化，導(dǎo)致表面發(fā)射率波動(dòng)。

在本實(shí)驗(yàn)中，Lumasense Impac ISR 12 主要承擔(dān)以下任務(wù)：

• 實(shí)時(shí)測量表面峰值溫度，為激光工藝參數(shù)的設(shè)定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

• 捕捉快速熱循環(huán)中的 加熱速率 和 冷卻速率，用于分析奧氏體化及馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)。

• 計(jì)算 保溫時(shí)間（soaking time），進(jìn)一步推導(dǎo)奧氏體-珠光體相變的積分轉(zhuǎn)變時(shí)間（Ima），為研究相變過程提供量化指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置該高溫計(jì)對試樣中心直徑約 2 mm 區(qū)域進(jìn)行測量，采樣頻率高達(dá) 500 Hz，使研究團(tuán)隊(duì)能夠精準(zhǔn)記錄 1 至 16 次激光掃描過程中，溫度的瞬時(shí)變化與熱累積效應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)合與意義

通過 Impac ISR 12 提供的高時(shí)效溫度數(shù)據(jù)，研究揭示了多循環(huán)激光淬火中：

• 表面峰值溫度隨循環(huán)次數(shù)的上升趨勢，以及因表面粗糙化導(dǎo)致的吸收率提高。

• 多次熱循環(huán)引起的相變動(dòng)力學(xué)變化，如奧氏體晶粒粗化與馬氏體硬度變化。

• 累積熱效應(yīng)如何影響殘余應(yīng)力由壓應(yīng)力向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變的潛在機(jī)制。

這為實(shí)現(xiàn) AISI 4140 鋼表面性能的定向設(shè)計(jì)與優(yōu)化，提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)支撐與理論依據(jù)。

結(jié)論

Lumasense Impac ISR 12 在本研究中不僅是溫度監(jiān)測工具，更是解碼多循環(huán)激光淬火微觀相變與宏觀性能之間關(guān)系的關(guān)鍵橋梁。其高精度、快速響應(yīng)與較低發(fā)射率依賴性，使實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)能夠在極短時(shí)間尺度上捕捉到快速熱過程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變信息，為今后激光表面處理工藝的精準(zhǔn)控制與智能化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。