A methodology is developed and used to evaluate the response sensitivity of the thermal systems to variations in their design parameters. Technique for computing the sensitivity of temperature distributions to changes in processing parameters needed to decide the more effective laser input parameters for laser surface hardening treatment is considered. In this study, a state equation governing the heat flow in laser surface treatment is analyzed using a three-dimensional finite element method and sensitivity data of the processing parameter obtained using a direct differentiation method is applied to the sensitivity analysis. The interesting processing parameters are taken as the laser scan velocity and laser beam radius ( $r_{ b}$), and the sensitivities of the temperature T versus v and $r_{b}$ are analyzed. These sensitivity results are obtained with another parameters fixed. To verify the numerical analysis results, hardened layer dimensions (width and depth) of the numerical analysis are compared with the experimental ones.nes.
This study is related to the surface hardening treatment to spheroidal graphite cast iron for die by using high power diode laser. Laser device used in this experiment is capable of real-time laser power control. This is because the infrared temperature sensor (two color pyrometer) attached to the optical system measures the surface temperature of specimen and adjusts the laser power in real time. The surface treatment was carried out with the change of heat treatment temperature at the beam travel speed 3 mm/sec. Hardened width and depth was measured and hardened zone was analyzed by micro vickers hardness test in order to research the optimum condition of heat treatment. The changes in microstructure of the hardened zone also was examined. As a result of hardness measurement and observations on microstructure of hardened zone, hardness increased over three times as compared with base metal because the martensite was formed on the matrix structure.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.5
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pp.600-607
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2011
Recently, high carbon steel has become essential not only for shipbuilding parts, but also mass production. 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, microstructural changes and hardness characteristics of two parts (the surface treatment part, and parental material) are observed with the change of laser beam speed and surface temperature.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.3
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pp.16-23
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2007
An experimental investigation with diode laser system was carried out to study the effect of surface heat treatment on the die materials(SM45C, SKD11, SK3). The surface heat treatment characteristics of the laser beam are evaluated using hardness tests, optical microscopy, X-ray diffraction and energy dispersive X-ray spectroscopy(EDS). Results indicated that the beam size, focal length, feed rates are changed surface hardened characteristics. SM45C is higher hardness than other materials and composed to martensite grain at hardened zone, whereas other materials(SKD11, SK3)are low hardness than expected and composed to austenite and allayed martensite at hardened zone. The intensive X-ray diffraction patterns of (110)-(200)-(211) is detected hardened surface and the hardened surface distributed plenty of carbon density than metal zone.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.5
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pp.646-652
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2011
Recently, lots of automobile part manufacturers try to increase glass fiber content of their plastic parts to improve strength and impact-resistance. For this reason, injection mold requires high hardness and wear-resistant. Laser surface treatment is used to improve characteristics of wear and to enhance the fatigue resistance for injection mold. In this paper, high carbon steel (HP4MA) for injection mold material was heat-treated to harden surface by using high power diode laser (HPDL). To find the process parameters for laser surface treatment of HP4MA, many experiments are carried out as changing the parameters of surface temperature and travel speed of laser. From the results of the experiments, it has been shown that the maximum average hardness is approximately 711~739 Hv when the temperature and the travel of laser are $1,050^{\circ}C$ and 2 mm/sec.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.2
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pp.181-184
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2006
Nd:YAG($\lambda$=266 nm, pulse) laser beam was irradiated on the PDMS surface to improve its chemical reaction, wettability, adhesive property. The various surface modification methods of PDMS were already studied using oxygen plasma, ozone and corona discharge. The surface modification using laser has the advantage of the simple experiment that only directly irradiated laser beam on the PDMS surface in the air. After the laser treatment, the PDMS surface was investigated using a contact angle measuring instrument. The contact angle was decreased with a increase of the surface oxygen content. In conclusion, the wettability of PDMS surface was improved by the laser treatment without changing of its bulk characteristics.
PURPOSE. In this study, the aim of this study was to evaluate the effect of implant surface treatment on cell differentiation of osteoblast cells. For this purpose, three surfaces were compared: (1) a modified SLA (MSLA: sand-blasted with large grit, acid-etched, and immersed in 0.9% NaCl), (2) a laser treatment (LT: laser treatment) titanium surface and (3) a laser and acid-treated (LAT: laser treatment, acid-etched) titanium surface. MATERIALS AND METHODS. The MSLA surfaces were considered as the control group, and LT and LAT surfaces as test groups. Alkaline phosphatase expression (ALP) was used to quantify osteoblastic differentiation of MC3T3-E1 cell. Surface roughness was evaluated by a contact profilometer (URFPAK-SV; Mitutoyo, Kawasaki, Japan) and characterized by two parameters: mean roughness (Ra) and maximum peak-to-valley height (Rt). RESULTS. Scanning electron microscope revealed that MSLA (control group) surface was not as rough as LT, LAT surface (test groups). Alkaline phosphatase expression, the measure of osteoblastic differentiation, and total ALP expression by surface-adherent cells were found to be highest at 21 days for all three surfaces tested (P<.05). Furthermore, ALP expression levels of MSLA and LAT surfaces were significantly higher than expression levels of LT surface-adherent cells at 7, 14, and 21 days, respectively (P<.05). However, ALP expression levels between MSLA and LAT surface were equal at 7, 14, and 21 days (P>.05). CONCLUSION. This study suggested that MSLA and LAT surfaces exhibited more favorable environment for osteoblast differentiation when compared with LT surface, the results that are important for implant surface modification studies.
Laser surface treatment technologies have been used to improve characteristics of wear and to enhance the fatigue resistance for mold parts. The optical lens with the elliptical profile is designed to obtain a wide surface hardening area with a uniform hardness. The objective of this research work is to investigate the influence of the process parameters, such as power of laser and defocused spot position, on the characteristics of laser surface treatment for the case of SKD61 steel and SCM4 steel. From the results of the experiments, it has been shown that the maximum average hardness is approximatly 700${\sim}$780 Hv when the power, focal position and the travel of laser are 1,095 W, 0mm and 0.3 m/min, respectively. In samples treated with lower scanning speeds, some small carbide particles appear in the interdendritic regions. This region contains fine martensite and carbide in proportions which depend on the local thermal cycle.
Kim, Young-Kon;Park, Joon-B.;Lakes, R.S.;Andreasen, G.F.
Proceedings of the KOSOMBE Conference
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v.1989
no.05
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pp.9-12
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1989
A preliminary study has been conducted to demonstrate the effect of laser heat treatment on Ni Ti alloy dental arch wires ($0.016"\;{\times}\;0.022"$ and $0.018"\;{\times}\;0.026"$, rectangular shape). Changes in mechanical and thermal properties and surface morphologies are investigated by using optical and scanning electron microscope (SEM), energy dispersive x-ray microprobe analysis(EDX), differential scanning calorimeter (DSC), and micro hardness tester. The results indicate that the laser can affect the thermal equilibrium state of the localized surface. Titanium rich surface film is formed by the laser treatment. The surface film and rapidly resolidified underlying structures show better chemical resistance than the matrix material. Phase transition temperatures which are related to shape recovery temperatures are changed after laser treatment. Hardness of resolidified area and heat affected zone are lower than before treatment.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2007.11a
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pp.138-139
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2007
The microstructure and micro-hardness of high velocity oxygen fuel-sprayed (HVOF) WC-CoCr coatings are comparatively studied for both before and after laser heat-treatment (LT) of the coatings. The results indicate that compared to HVOF WC-CoCro coating, the laser treatment has eliminated the pores almost entirely providing a more homogeneous and densified microstructure. And the compact interface of the coating with substrate is achieved by laser treatment. The thickness of the coating has decreased from 300 ${\mu}m$ to 225 ${\mu}m$ As a result, the average porosity is five times higher in HVOF coating than in the coating by laser treatment. The laser treatment has produced a considerable increment in the hardness of the coating near surface whose average value increases from Hv0.2=1262.4 in the HVOF-sprayed coating to Hv0.2=1818.7 in the coatings treated with laser.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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