基于激光诱导击穿光谱的D2钢硬度研究
发布时间：2022-02-15 12:26
表面硬度是表征钢铁特性的重要参量之一,表面硬度的检测可以把关工业生产质量。在自行搭建的LIBS实验平台获取激光诱导击穿光谱（LIBS）,控制激光能量为30 mJ,比较了基体元素FeⅠ404.58 nm和合金元素MnⅠ403.07 nm的光谱强度与6个不同D2钢硬度的样品（经过不同热处理得到不同硬度）之间的相关性,发现合金元素Mn的光谱强度与硬度的决定系数（0.934）高于基体元素Fe的决定系数（0.916）。采用LIBS中Fe的离子与原子光谱强度比及激光诱导等离子体温度表征不同热处理的D2钢硬度,选择FeⅡ275.57 nm和FeⅠ276.75 nm的两条特征谱线作为分析谱线,建立了表面硬度与光谱信号之间的关系（决定系数为0.964）;激光诱导等离子体温度作为等离子体重要参数与硬度建立了很强的正相关性（决定系数为0.977）。D2钢表面硬度可以通过不同热处理改变组织进而改变硬度,同时加入合金元素（例如通过加入Mn可以细化晶粒改善钢的硬度）也可以改变硬度。实验同时建立了不同含量Mn的D2钢硬度与光谱强度（MnⅠ403.07 nm）之间的相关性, D2钢的硬度不随Mn含量的增加而单调增加,...
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(12)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
第1组6个样品的金相组织图
实验系统如图2所示。 烧蚀光源为脉冲Nd∶YAG激光器(Quantel, Ultra 120), 其输出波长为1 064 nm, 脉宽为8 ns。 测量中设置激光输出能量为30 mJ, 重复频率为2 Hz。 样品放置在匀速旋转台上(转速0.5 rad·s-1), 使样品均匀受到激光冲击烧蚀。 激光束从激光器射出后, 经由45°平面反射镜和焦距为50 mm的平凸透镜聚焦到样品表面下2 mm(避免击穿空气影响最佳信号采集), 聚焦光斑直径为0.15 mm。 光纤收集器放在样品上方3 cm且与样品表面成45°, 用于收集烧蚀过程中的等离子体光谱信号。 光纤另一端对准光栅光谱仪(Andor, Model SR-500i), 光谱仪用于光信号的分光和采集。 光谱仪连接的CCD(Andor, DV401A-BVF)将光信号转换成电信号, CCD的信号采集时序由延时脉冲发生器(Quantum, 9500Plus series)控制。 实验设置CCD积分时间为0.05 s, 延迟时间1 200 ns(最佳延迟时间条件)触发CCD采集信号。 为了降低背景噪声, 用半导体制冷CCD到-50 ℃。 PC软件Andor SOLIS实现光谱仪与CCD的自动控制。2 结果与讨论
波长273～280和370～410 nm范围内采集的1号样品特征谱线如图3所示。 根据NIST原子光谱数据库和激光烧蚀样品的等离子体光谱图, 表4列出了所选分析元素的原子与离子特征谱线参数。表4 所选分析元素的原子与离子特征谱线参数Table 4 Atomic and ionic spectral lines of the analyzed elements Wavelength/nm Lower levelEi/eV Upper levelEk/eV Transition probabilityAki/(108 s-1) Statisticalweight gk Fe Ⅰ 373.48 0.858 995 75 4.177 696 75 0.901 11 Fe Ⅰ 401.45 3.046 868 88 6.134 381 88 0.153 7 Fe Ⅰ 402.19 2.758 577 60 5.840 459 61 0.085 5 9 Fe Ⅰ 404.58 1.484 864 38 4.548 506 09 0.862 9 Fe Ⅱ 275.57 0.986 333 79 5.484 135 95 2.15 10 Mn Ⅰ 403.07 0.0 3.075 087 0.17 8
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导击穿火焰等离子体光谱研究[J]. 刘玉峰,张连水,和万霖,黄宇,杜艳君,蓝丽娟,丁艳军,彭志敏. 物理学报. 2015(04)
本文编号：3626632
【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(12)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
第1组6个样品的金相组织图
实验系统如图2所示。 烧蚀光源为脉冲Nd∶YAG激光器(Quantel, Ultra 120), 其输出波长为1 064 nm, 脉宽为8 ns。 测量中设置激光输出能量为30 mJ, 重复频率为2 Hz。 样品放置在匀速旋转台上(转速0.5 rad·s-1), 使样品均匀受到激光冲击烧蚀。 激光束从激光器射出后, 经由45°平面反射镜和焦距为50 mm的平凸透镜聚焦到样品表面下2 mm(避免击穿空气影响最佳信号采集), 聚焦光斑直径为0.15 mm。 光纤收集器放在样品上方3 cm且与样品表面成45°, 用于收集烧蚀过程中的等离子体光谱信号。 光纤另一端对准光栅光谱仪(Andor, Model SR-500i), 光谱仪用于光信号的分光和采集。 光谱仪连接的CCD(Andor, DV401A-BVF)将光信号转换成电信号, CCD的信号采集时序由延时脉冲发生器(Quantum, 9500Plus series)控制。 实验设置CCD积分时间为0.05 s, 延迟时间1 200 ns(最佳延迟时间条件)触发CCD采集信号。 为了降低背景噪声, 用半导体制冷CCD到-50 ℃。 PC软件Andor SOLIS实现光谱仪与CCD的自动控制。2 结果与讨论
波长273～280和370～410 nm范围内采集的1号样品特征谱线如图3所示。 根据NIST原子光谱数据库和激光烧蚀样品的等离子体光谱图, 表4列出了所选分析元素的原子与离子特征谱线参数。表4 所选分析元素的原子与离子特征谱线参数Table 4 Atomic and ionic spectral lines of the analyzed elements Wavelength/nm Lower levelEi/eV Upper levelEk/eV Transition probabilityAki/(108 s-1) Statisticalweight gk Fe Ⅰ 373.48 0.858 995 75 4.177 696 75 0.901 11 Fe Ⅰ 401.45 3.046 868 88 6.134 381 88 0.153 7 Fe Ⅰ 402.19 2.758 577 60 5.840 459 61 0.085 5 9 Fe Ⅰ 404.58 1.484 864 38 4.548 506 09 0.862 9 Fe Ⅱ 275.57 0.986 333 79 5.484 135 95 2.15 10 Mn Ⅰ 403.07 0.0 3.075 087 0.17 8
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导击穿火焰等离子体光谱研究[J]. 刘玉峰,张连水,和万霖,黄宇,杜艳君,蓝丽娟,丁艳军,彭志敏. 物理学报. 2015(04)
本文编号：3626632
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