Lézeres anyagmegmunkálás november 4.

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Lézeres anyagmegmunkálás november 4."

Ákos Szőke
4 évvel ezelőtt
Látták:

1 Lézeres anyagmegmunkálás 9. november 4. Termodinamika - kinetika A termodinamika azt mondja meg, hogy egy termikusan indukált folyamat milyen valószínűséggel játszódik le. Azt, hogy a termodinamikai lehetőségek szabta kereteken belül a folyamat milyen mértékben zajlik le a kinetika határozza meg. Az átalakulás mértékét az ún. kinetikai hatással (kinetic effect) szokás mérni.

2 Általános esetben: Kinetikai hatás s. ( t) e ahol dt : a folyamat aktivációs energiája R: az egyetemes gázállandó mivel a diffúzió a csúcshőmérséklet közelében a legjelentősebb így raktikus a kinetikai hatást ennek függvényében kifejezni: α t e Kinetikai hatás s. A csúcshőmérséklet közelében a T(t) függvény jól közelíthető arabolával. Ezzel a közelítéssel az α és t zárt analitikus formában kifejezhető: ontszerű felszíni forrás vonalszerű mélységi forrás α α π π t t Aq v Aq vd πλet T 4πλρce ( T T ) e: a term. logaritmus alaszáma d: a lemez vastagság

3 Kinetikai hatás s 3. Leggyakrabban azt szeretnénk, ha a változás leggyorsabban, vagy legnagyobb mértékben lejátszódna, ami ekvivalens azzal, hogy Avagy T T m ontszerű felszíni forrás vonalszerű mélységi forrás π m Aq v πλet m T e m πm Aq vd 4πλρce( Tm T) e m l. diffúzióra / m az egyes anyagcsaládokra kb. állandó, fémek: 5-, kerámiák -7, gyémánt 3-36 J.C. on, K.E. Easterling and M.F. Ashby, Acta Metallurgica 3 (984) Egy konkrét t robléma Az előzőekben bemutatott általános grafikon testre szabható azáltal, hogy a konkrét rendszerre vonatkozó r B, A, l, T m, T, T és a, valamintλmennyiségek ismeretében transzformáljuk a grafikonunkat. Ez esetben nyilván már q, v és l formájában kajuk majd meg a megmunkálási aramétereket. Egy ilyen anyagsecifikus grafikon azonban legtöbbször csak a változások irányának és mértékenek meghatározására elegendő, az anyagi jellemzők és azok hőmérsékletfüggése ismeretének hiánya nem teszi lehetővé ontos értékek számolását. Ezt a roblémát legegyszerűbben egy kalibrációs ont felvételével küszöbölhetjük ki. Ehhez ontosan ismert kísérleti körülmények között kísérletileg kell meghatároznunk a kiszemelt struktúrális változáshoz tartozó izotermát.

4 Kalibráci ció. Tegyük fel, hogy ismert kísérleti körülmények között () ismerjük a kinetikai hatást. α t e Ha egy másik kísérlet során vagyunk kiváncsiak a kinetikai hatásra: α t e α t α t R T T e Ez egy általános esetben érvényes összefüggés, mellyel számítható. Kalibráci ció. Ha most még azt is feltételezzük, hogy mind a kalibráló, mind edig az ismeretlen ontban közel vagyunk a megmunkált anyag olvadásontjához: akkor T T T α t α t m Az α és t értékeit beírva edig ontforrásra qv q v vonalforrásra qv d q vd

5 Termikusan indukált folyamatok Diffúzió Szemcseméret növekedés (grain growth) Szinterelés (sintering) Feldurvulás (article coarsening) Diffúzi zió. A cél: az anyag felszínébe szeretnénk diffundáltatni egy másik komonenst. l. szenezés (carburization), félvezetők adalékolása (doing) l D ke Dt l kte arabolikus közelítésben l k α t e Kalibrációs ont () használatával ontforrásra: l qv ( l ) q v

6 Diffúzi zió. λ 3.5Wm a 7.5 T m 8K T 98K 6 K ms grafit diffúziója Armco acélba CO lézer,,98kw,,36m min -, l,7mm, r B 6mm P. Canova and E. Ramous, Journal of Materials Science (986) Szenítés s (carb arburisation) 5CrNi6 acél CO lézer (λ.6µm) 75W, r B 3.5mm amikor szenet diffundáltatunk az anyagba acél feszín 75W, r B 3.5mm.4 m/min 5x. m/min x szilárd fázisú diffúzió grafit réteggel 8W, r B 3mm.5 m/min x olvasztás A.. Katsamas, G.N. Haidemenooulos: Laser-beam carburizing of low-alloy steels, Surface and Coatings Technology 39 () 83-9

7 Szemcseméret növekedn vekedés s. dg dt k e g g: szemcseméret gdg ke dt g g kte g : kezdeti szemcseméret vonalforrásra g g ( g ) ( g ) qv d q vd Szemcseméret növekedn vekedés s. ausztenit szemcsék növekedése Nb-mal ötvözött acélban, CO lézer, kw,,m min -, dmm, r B,3mm, g 4µm J.C. on: Modelling the microstructural changes in steels due to fusion welding, PhD thesis, 985

Szinterelés s (sintering ing) A szinterelés hajtóereje a finom orszemcsék nagy felületi energiája. Amikor egy ort a szemcséket alkotó anyag olvadásontjának kb.

anyag. dρ dt k e n ρ: a sűrűség : szemcseméret n: konstans (ált.

8 Szinterelés s (sintering ing) A szinterelés hajtóereje a finom orszemcsék nagy felületi energiája. Amikor egy ort a szemcséket alkotó anyag olvadásontjának kb. /3- ra melegítik, akkor a megnövekedett diffúziósebesség révén a szemcsék összeolvadnak (necking), melynek során a rendszer összfelülete csökken, s egyszersmind tömörödik is az anyag. dρ dt k e n ρ: a sűrűség : szemcseméret n: konstans (ált. 3 körüli érték) : a szinterelés (~ szemcsehatár diffúzió) aktivációs energiája Szinterelés előtte utána 4mm/s több komonensű Cu-ötvözet or lézeres szinterelése 6mm/s Dongdong Gu, Yifu Shen: Balling henomena during direct laser sintering of multi-comonent Cu-based metal owder, Journal of Alloys and Comounds 43 (7) 63 66

9 Szelektív lézeres szinterelés s (SLS) zirconia, ZrO htt://en.wikiedia.org/wiki/selective_laser_sintering htt:// Otikai adattárol rolás 78nm 65nm 45nm htt:// htt://

10 Feladatok ) Mérésekkel azt találták, hogy egy ARMCO vas felszínébe a szén,7mm mélységben diffundáltatható be, ha a mintán lévő grafit bevonatot egy CO lézer 6mm sugarú, 98 W-os nyalábjával világítjuk meg, miközben a mintát,36m min - sebességgel mozgatjuk a nyugvó lézernyalábhoz viszonyítva. Számolja ki, hogy milyen karakterisztikus mélységig diffundál a szén a vasba, ha a nyalábteljesítményt 58 W-re csökkentjük, a mozgatás sebességét edig,5m min - -ra növeljük! ) A szerkezeti változások termodinamikai folyamatai bizonyos esetekben olvasztással, és/vagy elárologtatással járnak. Megfigyelték, hogy az L o /T o, illetve az L /T f hányadosok a legtöbb fémre és ötvözetre jó közelítéssel állandó, s az utóbbi hányados az előbbinek kb. tízszerese. Mivel magyarázza a hányadosok állandóságát? Miből származhat a tizes szorzófaktor? Várhatóan fennáll-e hasonló összefüggés ezen mennyiségek között nemfémek esetében is? Válaszait indokolja! (L o : olvadáshő, T o : olvadásont, L : árolgáshő, T f : forrásont). feladat λ 3.5Wm a 7.5 T m 8K T 98K 6 ms A feladat szövege szerint: P. Canova and E. Ramous, Journal of Materials Science (986) Kalibrációs ont () használatával: l qv ( l ) q v l q v.7mm l? 98W q 58W.36m min v.5m min 58W.36m min ( l ) (.7mm). mm qv l q v 98W.5m min

Hasonló dokumentumok

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba FBN332E-1. Dr. Geretovszky Zsolt november 10.

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba FBN332E-1. Dr. Geretovszky Zsolt november 10. Bevezetés a ézeres anyagegunkáásba FBN33E- Dr. Geretovszky Zsot. noveber. Átaános esetben: Kinetikai hatás s. ( t) e aho dt : a foyaat aktivációs energiája R: az egyetees gázáandó ive a diffúzió a csúcshőérséket