• 제목/요약/키워드: LASER surface hardening process

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금형재료용 주철의 레이저 표면경화처리시 재료에 따른 열처리 특성 (Characteristics of Heat Treatment on Different Materials during Laser Surface Hardening of Cast Iron for Die)

  • 김종도;송무근;황현태
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제35권12호
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    • pp.1663-1668
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    • 2011
  • 자동차 차체를 제작하는 프레스 금형의 가공공정 중 제품의 형태를 완성하는 드로잉 공정 및 불필요한 부분을 절단하는 트리밍 공정은 그 공정의 특성상 금형의 마모가 심하기 때문에 금형의 내마모성을 향상시키기 위한 표면경화처리가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 프레스 금형에 레이저 표면처리기술을 적용하기 위한 실험을 실시하였다. 드로잉 공정 및 트리밍 공정에 적합한 표면경화처리를 위해 다이오드 레이저를 이용하여 시험편의 평면부 및 모서리부를 열처리하였으며, 각각의 적정 열처리 조건을 도출하였다. 또한 시험편의 재료에 따른 열처리 특성을 비교하기 위해 구상흑연 및 편상흑연 주철을 사용하여 실험을 진행하였다. 실험 결과, 재료에 따른 열처리 특성에 차이가 있다는 것을 확인하였으며, 적정 열처리된 조건에서의 경화부는 모재에 비하여 약 3배 정도의 경도상승을 나타내었다.

다이오드 레이저를 이용한 SM45C의 표면경화 특성에 관한 연구 (A study on the hard surfacing Characteristics of SM45C by using Diode laser)

  • 임병철;이홍섭;박상흡
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제16권3호
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    • pp.1620-1625
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    • 2015
  • 본 연구에서는 산업현장에서 각종 기어나, 축, 체인, 롤러, 금형, 자동차강판 등으로 널리 쓰여 지는 기계구조용 탄소강인 SM45C를 실험소재로 사용하였다. 실험에 사용되는 시험편 표면에 표면경화를 수행하기 위하여 #200 ~ #1500의 순서대로 미세연마 후 거친연마의 연마가공을 실시하였으며, 다이오드 레이저의 표면경화 열처리 후에 자기냉각효과를 고려하여 $100{\times}50{\times}10$의 판재로 시험편을 제작하여 실험하였다. 소재 표면에 다이오드 레이저를 이용하여 국소부위에 표면경화 열처리를 수행하였다. 이때 다이오드 레이저의 출력과 이송속도를 공정조건으로 하여, 미세경도시험, 미세조직시험, 전자 주사 현미경(SEM), 입열량을 분석하였다. 분석 후에는 실험소재의 기계적 특성을 비교하여, 타 표면 경화법에 비해 다이오드 레이저를 이용하였을 때의 표면경화 열처리 신뢰성과 우수함 그리고 최적의 공정조건을 도출하였다. 열처리 후 경화부는 판상 마르텐사이트로 경화 되었으며. 경도값은 Hv729.5로 열처리 후 약 2.3배 이상 표면경도가 향상되있는 것을 확인하였다.

초점렌즈 F-수 변화에 의한 냉간금형강 STD11 의 연속파 Nd:YAG 레이저 표면경화 특성 (Characteristics on Surface Hardening by using of Continuous Wave Nd:YAG Laser of Cold-Work Die Steel(STD11) about Variation of Focal Lens F-number)

  • 황찬연;양윤석;이가람;유영태
    • 한국정밀공학회지
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    • 제29권4호
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    • pp.395-408
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    • 2012
  • An experimental investigation with 2.8kW Nd:YAG laser system was carried out to study the effects of different laser process parameters on the microstructure and hardness of STD11. The optical lens with the elliptical profile are designed to obtain a wide surface hardening area with uniform hardness. The Laser beam is allowed to scan on the surface of the work piece varying the power (1600, 1800 and 1900kW) and traverse speed (200, 400, 600, 800 and 1000mm/min) at three different F-numbers of lens. After laser surface treatment three zones, In the microstructure have been observed : melted zone(decarburization), heat affected zone(martensite), and the substrate.

High Power Diode Laser을 이용한 금형재료용 구상화 주철의 모서리부 표면처리 (Surface Treatment in Edge Position of Spheroidal Cast Iron for Mold Materials by Using High Power Diode Laser)

  • 황현태;송현수;김종도;송무근;김영국
    • 한국재료학회지
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    • 제19권9호
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    • pp.457-461
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    • 2009
  • Recently, metal molding has become essential not only for automobile parts, but also mass production, and has greatly influenced production costs as well as the quality of products. Its surface has been treated by carburizing, nitriding and induction hardening, but these existing treatments cause considerable deformation and increase the expense of postprocessing after treatment; furthermore, these treatments cannot be easily applied to parts that requiring the hardening of only a certain section. This is because the treatment cannot heat the material homogeneously, nor can it heat all of it. Laser surface treatment was developed to overcome these disadvantages, and, when the laser beam is irradiated on the surface and laser speed is appropriate, the laser focal position is rapidly heated and the thermal energy of surface penetrates the material after irradiation, finally imbuing it with a new mechanical characteristic by the process of self-quenching. This research estimates the material characteristic after efficient and functional surface treatment using HPDL, which is more efficient than the existing CW Nd:YAG laser heat source. To estimate this, microstructural changes and hardness characteristics of three parts (the surface treatment part, heat affect zone, and parental material) are observed with the change of laser beam speed and surface temperature. Moreover, the depth of the hardened area is observed with the change of the laser beam speed and temperature.

Microstructure and Hardness of Surface Melting Hardened Zone of Mold Steel, SM45C using Yb:YAG Disk Laser

  • Lee, Kwang-Hyeon;Choi, Seong-Won;Yoon, Tae-Jin;Kang, Chung-Yun
    • Journal of Welding and Joining
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    • 제34권1호
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    • pp.75-81
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    • 2016
  • This study applied laser surface melting process using CW(Continuous wave) Yb:YAG laser and cold-work die steel SM45C and investigated microstructure and hardness. Laser beam speed, power and beam interval are fixed at 70 mm/sec, 2.8 kW and $800{\mu}m$ respectively. Depth of Hardening layer(Melting zone) was a minimum of 0.8 mm and a maximum of 1.0 mm that exceeds the limit of minimum depth 0.5 mm applying trimming die. In all weld zone, macrostructure was dendrite structure. At the dendrite boundary, Mn, Al, S and O was segregated and MnS and Al oxide existed. However, this inclusion didn't observe in the heat-affected zone (HAZ). As a result of interpreting phase transformation of binary diagram, MnS crystallizes from liquid. Also, it estimated that Al oxide forms by reacting with oxygen in the atmosphere. The hardness of the melting zone was from 650 Hv to 660 Hv regardless of the location that higher 60 Hv than the hardness of the HAZ that had maximum 600 Hv. In comparison with the size of microstructure using electron backscatter diffraction(EBSD), the size of microstructure in the melting zone was smaller than HAZ. Because it estimated that cooling rate of laser surface melting process is faster than water quenching.

레이저 표면경화처리에서 빔의 형태에 따른 경화층 크기에 관한 연구

  • 김재웅
    • 한국정밀공학회:학술대회논문집
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    • 한국정밀공학회 1993년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.13-17
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    • 1993
  • Analytical models for the prediction of the size of hardened zone in laser surface hardening are presented. The models are based on the solutions to the problem of three-dimensional heat flow in plates with infinite thickness. The validity of the model was tested on medium carbon steel for Gaaussian mode of beam. Then the model for rectangular beam was used for the prediction of the size of harened zone on various hardening process parameters. From the calculation results it appeared that the size and shape of the hardened zone are strongly dependent on process parameters suchas beam mode, beam size, and traverse speed.

질화처리된 저탄소강 레이저 용접부의 기공 감소 (Porosity Reduction in Laser Welding of Nitrided Carbon Steel)

  • 안영남;김철희;이원범;김정한
    • Journal of Welding and Joining
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    • 제31권6호
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    • pp.71-76
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    • 2013
  • Gas nitriding is a surface hardening process where nitrogen is introduced into the surface of a ferrous alloy. During fusion welding of nitrided carbon steel, the nitride inside weld metal is dissolved and generates nitrogen gas, which causes porosities - blow holes and pits. In this study, several laser welding processes such as weaving welding, two-pass welding, dual beam welding and laser-arc hybrid welding were investigated to elongate the weld pool to enhance nitrogen gas evacuation. The surface pits were successfully eliminated with elongated weld pool. However blowholes inside the weld metal were effective reduced but not fully disappeared.

금형재료용 주철의 다이오드 레이저 표면경화처리에 관한 연구(III) - 경화부의 미세조직 특성 - (A Study on the Diode Laser Surface Hardening Treatment of Cast Iron for Die Material(III) - Characteristics of Microstructures in Hardened Zone -)

  • 김종도;송무근;황현태
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • 제36권1호
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    • pp.78-84
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    • 2012
  • 금형의 공정 과정에서 금형과 성형품 사이에서 발생하는 마찰로 인해 발생하는 금형의 마모가공차로 작용하여 성형 품질을 저하시킬 수 있다. 따라서 금형의 내마모성을 향상시키기 위해 질화나 침탄처리, 화염 및 고주파 표면처리 등의 방법들이 적용되어 왔다. 하지만 형상의 제한이나 제품의 변형 등과 같은 문제점을 수반하고 있기 때문에, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 표면처리 방법으로써 레이저 표면처리 기술이 검토되고 있다. 따라서 본 연구에서는 고출력 다이오드 레이저를 이용, 금형재료용 주철의 표면처리를 시도하였다. 앞서 제1보와 제2보의 논문에서는 금형의 재료 및 형상의 차이에 따른 열처리 특성을 비교하였다면, 본 논문에서는 열처리 후 생성되는 경화부, 경계부위 및 모재의 조직적 차이를 분석하기 위해 광학 현미경 및 전자 현미경을 이용하여 미세조직을 관찰하고, EDS를 통해 조직의 상태를 파악하였다. 미세조직 관찰 결과, 경화부는 침상의 마르텐사이트 조직이 형성되어 있었다.

레이저를 이용한 재료가공 (Material Processing by Laser)

  • 황경현;이성국
    • 한국광학회지
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    • 제1권1호
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    • pp.98-106
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    • 1990
  • Lasers are used increasingly for specialized engineering applications such as drilling, profile cutting, welding and surface heat-treatment(hardening, alloying, annealing0 of metals and non-metals. The most important characteristics of lasers used for these materials-processing applications are reviewed, with special emphasis on the importance of the controlled heating process. In addition to these processes, some optical devices and supplementary equipment used in laser processing are introduced. Finally, some examples shows the wide variety of laser capability for substitution of traditional materials processing.

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레이저 빔에 의한 박판금속의 강화특성 (Characteristics of Strengthening for Thin Metals by Laser Beam)

  • 양세영;최성대;김기만;전재목;공병채
    • 한국생산제조학회지
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    • 제19권2호
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    • pp.216-223
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    • 2010
  • The general way to process the surface by means of the laser was heat treatment for strengthening the surface hardness. They have used the laser for changing the property of the surface, especially for metal. Generally, it is recent increasing tendency to use the thin plate panel for making things smaller and lightweight. However, thin plate should be strengthened or let the thin plate panel have moment of inertia by means of engraving the groove or wave on them for lightweight and strengthening. Therefore it is expected that the thin plate panel can be harder and more stable through processing the metal surface by laser beam irradiation and the hardness of thin plate possibly can be also changed how many parts of them are harden. Through this research, it can be grasped how the hardness and mechanical characteristic changes according to width and depth of groove by laser affect the max stress by the ratio of $A_H/A_T$ (hardening area/total area) and characteristic of displacement and structural characteristic for making the thin plate harder by the strengthening metal surface of thin plate by laser through the experiment and analysis of FEA can be presented.