2014-02-17
1582
Из стали 40Х
Влияние видов покрытия на лазерное упрочнение поверхности заготовки
Для обработки материалов
Параметры режима лазерного облучения, используемого
| Активная среда | А, мкм | Режим работы | Мощность, Вт | v, Гц | т-10 3S с |
| Твердотельный лазер | |||||
| Рубин | 0,6943 | Импульсный | 0,3-6 | ||
| Неодимовое стекло | 1,06 | То же | 0,5-10 | ||
| Алюмоиттриевый гранат с неодимом | 1,06 1,06 | То же Непрерывный | - | 0,1-10 - | |
| Газовый лазер | |||||
| 10,6 | Импульсный | 0,1-1000 | |||
| 10,6 | Непрерывный | - | - | ||
| Аг | 0,49 | То же | - | - | |
| Аг | 0,51 | То же | - | - | |
| 0,337 | Импульсный | - | 0,01 |
Эффективность лазерного термоупрочнения зависит от способности материала превратить энергию лазерного излучения в тепловую. Количество поглощенной энергии зависит от отражательных свойств материала, наличия оксидных пленок, температуры и длины волны лазерного излучения. Чем меньше длина волны, тем лучше поглощается энергия. С уменьшением электрической проводимости и увеличением параметров шероховатости поглощение энергии лазерного излучения увеличивается; поглощающая способность материала повышается до 70 %.
|
|
|
Фосфатирование поверхности - наиболее эффективный способ увеличения поглощательной способности поверхности при лазерном облучении (табл. 9.7). При лазерной закалке центр закаленной зоны имеет черно-синий цвет, а края - серый.
| Метод обработки поверхности | Толщина пленки, мкм | Состояние закаленной зоны металла | |
| глубина, мм | микротвердость, МПа | ||
| Фосфатирование марганцевое | 8... 10 | 0,43... 0,5 | 5000 - 8000 |
| Воронение | 5... 10 | 0,35...0,44 | |
| Цинковый фосфат | 3...5 | 0,28... 0,35 | |
| Аморфный фосфат | 1...2 | 0,2... 0,3 | |
| Алюмохромофосфатные покрытия | 50... 80 | 0,4... 0,45 | |
| Черное хромирование | 5... 10 1 | 0,35...0,45 |
Количество таких легируемых элементов, как хром, марганец или молибден, влияет на закаливаемость; повышение микротвердости в зоне лазерного влияния наблюдается у сталей при малой дозе легирования.
Обработку непрерывным лазерным излучением ведут при определенной скорости сканирования луча по поверхности. С ростом плотности мощности и уменьшением относительных скоростей перемещения луча скорости охлаждения падают. В результате закаленная структура отпускается и твердость уменьшается. Максимальная твердость поверхностного слоя будет при достаточно высокой скорости охлаждения. Однако при низких скоростях перемещения луча увеличивается глубина закаленного слоя. Следовательно, режимы лазерной обработки оптимизируют в зависимости от требуемых функциональных свойств. Оптимизация режимов лазерного облучения приведена на рис. 9.19 и 9.20 для заготовок из стали 40 ХН.
|
|
|
Упрочнение режущего инструмента локализовано в режущих кромках, Малообъем- ность кромки затрудняет теплоотвод в материал заготовки. Оптимальный режим импульсной обработки достигается при облучении энергией излучения на 2... 3 Дж ниже Eyv. При непрерывном излучении подбирается энергия для каждой марки стали, при которой обеспечивается небольшое оплавление поверхности заготовки. Предварительная обработка поверхности лазером, энергией на 5... 7 Дж меньше оптимальной, улучшает равномерность поглощения энергии при повторном облучении. Аустенитные и ферритные стали, не обнаруживающие -фазовые переходы, не подвергаются закалке лазером.
Рис. 9.19. Зависимость микротвердости Нц зоны нагрева от скорости v при интенсивности излучения 3530 (кривая 7); 5080 (кривая 2); 6272 (кривая 3) и 7938 Вт/
Рис. 9.20. Зависимость глубины z упрочненного слоя от скорости обработки v при интенсивности излучения 3530 (кривая 1); 5080 (кривая 2); 6272 (кривая 3) и 7938 Вт/см2 (кривая 4)
Лазерную закалку рекомендуется проводить в различных газовых средах (аргона, азота, углекислого газа). В одних случаях это предохраняет поверхность от обезуглероживания, в других, наоборот, насыщает углеродом, азотом и другими легирующими элементами.
Оптимальные режимы обработки заготовок из инструментальных стадей для лазерных установок серии «Квант» даны в твбл. 9.8.
При обработке фрез (из 8Х6ВФ, РФ1, Р6М5 и др.) лучом лазера их стойкость возрастает в 1,5-2 раза; заготовки из стали Р18Ф2К8М обрабатывают при плотности энергии 4 Дж/мм2 и4 = 2мм (табл. 9.9).
Основные требования, предъявленные к стали для изготовления штампов, - высокая износостойкость, теплостойкость, ударная вязкость. Создание оптимальных свойств поверхности зависит от исходной микрогеометрии, твердости и т.д. (табл. 9.10).
Качество обработки штамповых сталей импульсным излучением можно повысить повторным облучением (табл. 9.11).
9.8.Режимы лазерной обработки на установках серии «Квант»
| Материал заготовки, сталь | «Квант-16» | «Квант-18» | ||||||||
| , Дж/ | , Дж/ | , Дж/ | , Дж/ | |||||||
| У8 | ||||||||||
| У10 | - | - | - | - | - | |||||
| 9ХС | - | - | - | - | ||||||
| ХВГ | ||||||||||
| ШХ15 | ||||||||||
| Х12 | - | - | - | - | - | |||||
| Х12М | ||||||||||
| - | - | - | - | - |
9.9.Режимы облучении инструментальных сталей при коэффициенте перекрытия 0,5 и диаметре пятна луча D = 2,2 мм
| Материал заготовки, сталь | Н„ии, ГПа | Ни, ГПа | Е„зл, Дж |
| Р5МЗ | 6,0.. | 6,5 | 9,0. |
| Р18 | 6,0.. | 6,5 | 9,0. |
| Р6М5КЗ | 6,0.. | 6,5 | 9,0, |
| МЗР6М5 | 6,0.. | .6,5 | 9,0. |
| Р18Ф2К8М | 6,0.. | .6,5 | 9,0. |
| 8Х6ВФ | 6,0.. | 6,5 | 9,0. |
