基于激光诱导击穿光谱的D2钢硬度研究

摘要

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L IBS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,而光谱强度却随硬度有一致性变化.实验结果表明利用基体元素Fe、合金元素Mn,Fe元素离子与原子光谱强度比和等离子体温度可以与不同硬度D2钢建立正比关系,光谱强度有效地表征了不同热处理得到的D2钢硬度;不同Mn含量得到的D2钢硬度有效地验证了光谱强度表征硬度的可行性.因此,LIBS光谱技术表征钢铁材料硬度特性得到了实验验证,展现了工业现场控制中的应用前景.