Новости

Для повышения износостойкости поверхностей трения при лазерной обработке применяли многостадийные термические циклы.

Дата публикации: 17/11/2008
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Наряду с традиционными методами упрочнения в последние годы развиваются новые направления — лазерное упрочнение, легирование, наплавка поверхностных покрытий. Как отмечает В. П. Бирюков (Институт машиноведения А.А.Благонравова РАН) - перспективен трехстадийный термический цикл лазерной поверхностной обработки, при этом происходит более полное фазовое и структурное превращение и увеличение глубины закаленного слоя.
Получение высококачественных поверхностных слоев при изготовлении и восстановлении деталей машин является важнейшим направлением в развитии современного машиностроения.
В процессе эксплуатации поверхностный слой подвергается наиболее сильному физико-химическому и механическому воздействию.
Поэтому разрушение деталей (усталостное, абразивный износ, эрозия, коррозия, кавитационный износ и др.) начинается с поверхности.
Для лазерного упрочнения деталей могут быть использованы двух- и трехстадийные термические циклы, например при проведении поверхностной закалки инструментальных сталей Р18 и ШХ15.
Двухстадийный термический цикл реализуется при закалке лазерами как импульсного, так и непрерывного действия. В первом случае, время нагрева определяется длительностью лазерного импульса, во втором — временем прохождения лазерного луча над заданной точкой поверхности. Время охлаждения определяется скоростью отвода тепла вглубь детали.
Наиболее перспективен трехстадийный термический цикл, имеющий стадию выдержки при температуре выше ТА. При этом происходит более полное фазовое и структурное превращение и увеличение глубины закаленного слоя.
Трехстадийный термический цикл может быть реализован с помощью лазеров непрерывного или импульсно-периодического действия. В первом случае необходимо сканирование луча при его поступательном движении над обрабатываемой поверхностью.
В течение времени лазерного воздействия температура поверхностного слоя образца возрастает, в течение «темного промежутка» — падает, так что в целом температура колеблется около некоторого среднего значения — температуры аустенизации материала.
В сталях с содержанием углерода до 0,5 % термический цикл, создаваемый расфокусированным круглым лазерным пятном, на оптимальных режимах, обеспечивает условия закалки без дефектов в виде трещин.
В высоколегированных сталях сложного состава с большим содержанием углерода длительность лазерного нагрева является недостаточной для протекания диффузионных процессов, лимитирующих фазовые превращения. Происходит смещение температуры начала аустенизации.
Лазерная термообработка высоколегированных сталей в некоторых случаях приводит к образованию закалочных структур низкоуглеродистого мартенсита или к появлению наряду с мартенситом большой доли аустенитной фазы, что не обеспечивает требуемых механических свойств и износостойкости поверхностей трения.
В институте машиноведения им. А. А. Благонравова разработан способ и устройство для воздействия на поверхность детали лазерным пятном с регулируемой плотностью мощности. Это достигается за счет высокочастотного сканирования луча в направлении, перпендикуляром движению образца (детали), с частотой до 600 Гц и смещением оптических элементов вдоль оси сканирующего устройства с вращающимися зеркалами. Лазерный луч перемещается от одного края дорожки упрочнения к другому от каждого оптического элемента.
В этом отличие от синусоидального перемещения луча при работе со сканирующим устройством с колеблющимся зеркалом, имеющим остановку в крайних точках перемещения луча. Указанный способ позволяет создавать многостадийные термические циклы.
Хотя необходимо проведение дополнительных исследований для уточнения режимов обработки при многостадийных циклах, но уже сегодня можно сделать заключение о том, что разработанный способ и устройство для воздействия на поверхность лазерным пятном с регулируемой плотностью мощности лазерного излучения на поверхности обрабатываемой детали существенно расширяет технологические возможности лазерного упрочнения и наплавки деталей. Синусоидальный режим колебаний лазерного луча наиболее применим к деталям и покрытиям, не склонным к трещинообразованию.

Источник: «Тяжёлое машиностроение», 2008, № 9, с.26-29

Статьи по теме:

страницы: 1