Износ, мкм, поверхности заготовки после различных видов обработки

Параметры лазерной обработки заготовок из твердого сплава в зависимости от содержания кобальта для мелкого зерна

Изменение микротвердости поверхности заготовки в зависимости от числа повторных облучений

Влияние лазерного упрочнения на микротвердость сталей У8А и Х12М

Материал заготовки, сталь	Исходная твердость HRC3	Микротвердость Нд, МПа, после облучения при исходной шероховатости Ra, мкм
0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4
У8	25... 27
У8А	45... 47						-	-
XI2М	58... 60

Материал заготовки, сталь	Нц. ГПа	Число повторных облучений
У8А	6,85	7,67 8,72	8,92 9,06	9,46 10,60	7,69 9,62	8,12 9,35	8,00 9Д9	7,75 9,46
ХВГ	7,15	7,75 9,05	8,85 7,84	8,61 7,69	7,28 7,18	7,81 7Д9	7,5 7,45	7,39 7,28
Х12М	6,61	7Д 9,7	7,78 5,44	6,51 4,93	4,56 4,17	4,24 4,17	4,24 5,39	4,21 4,13

Примечание. В числителе — при q = 1,4 Дж/мм², в знаменателе - при q = 1,8 Дж/мм², где q - тепловая плотность.

Рекомендации для этой группы сталей сводятся к следующему,

1. Соответствующей термообработкой создать наибольшую объемную прочность поверхности с образованием сорбита с твердостью HRC₃ 40... 42.

2. На втором этапе повысить износостойкость поверхности лазерным упрочнением с плотностью энергии 1,6... 3 Дж/мм². Такая обработка позволит в ряде случаев заме­нить штампы из легированных сталей на штампы из углеродистых сталей (для холодной штамповки).

Лазерная обработка заготовок из твердых сплавов. Поверхность твердого спла­ва чувствительна к плотности энергии. Существует такая оптимальная энергия Е_а «Е_а излучения, при которой на поверхности заготовки из твердого сплава не возникают де­фекты, приводящие к разрушению. Для всех значений энергии, расположенных между Е_п и Е₀, т.е, при Е₀ < Е < Е_а на поверхности заготовки из твердого сплава могут созда­ваться скрытые дефекты, которые не обнаруживаются визуально, но приводят к значи­тельному изнашиванию в процессе работы инструмента. Значения энергий £_п и Е₀ зави­сят как от содержания кобальта в сплаве, так и от величины зерна. В табл. 9.12 - 9.14 указаны значения Е₀ при концентрациях кобальта 3, 6, 8, 10 и 15 % для нормального, мелкого и очень мелкого зерна. Обработку вели лучом лазера в форме круга и в форме полосы 1,5 х 12 мм.

Лазерной обработке рабочих поверхностей должно предшествовать пробное уп­рочнение нерабочих поверхностей с последующей проверкой упрочненной зоны па де­фектность при 10-кратпом увеличении- При обнаружении дефектов в виде микротрещип плотность энергии обработки необходимо уменьшить на 0,1... 0,2 Дж/мм².

9.12. Энергия излучения, Дж, при лазерной обработке заготовок из твердых спла­вов в зависимости от содержания кобальта для нормального зерна

Содержание Со, %	Лазер я форме круга d= 3 мм	Лазер в форме полосы 1,5 х 12 мм	при E=
	8,5	12,7	22,1	31,1	-
	7,8		20,3	28,6	0,16
	7,2		18,7		0,2
		11,3	20,8	29,4	0,26
	11,2	16,3	29,1	42,4	0,28

9.13. Параметры лазерной обработки заготовок из твердого сплава в зависимости от содержания кобальта для очень мелкого зерна

Содержание Со, %	Лазер я форме круга d= 3 мм	Лазер в форме полосы 1,5 х 12 мм	при E=
		11,7	20,8	30,4	0,1
	6,1		15,9	23,4	0,16
	6,9	9,7		25,2	0,18
	7,6	10,5	19,8	27,3	0,19
	9,7	13,7	25,2	35,6	0,21

Содержание Со, %	Лазер я форме круга d= 3 мм	Лазер в форме полосы 1,5 х 12 мм	при E=
	5,7	8,2	14,8	21.3	0,12
	5,7	8,2	14,8	21.3	0,15
	5,7	8,2	14,8	21,3	0,17
	5,7	8,2	14,8	21,3	0,18
	7,3	10,9		28,4	0,21

Упрочнение материалов, используемых для изготовления штампов инструмента ла­зерной закалкой с цианированием дало положительные результаты (табл. 9.15). Реко­мендуемый состав и режимы обработки: обмазка - 25 % желез исто синеродистого калия (K₄Fe(CN₆)), связующее - клей БФ6, разведенный ацетоном (20 - 25 % по массе), энер­гия излучения 12... 16 Дж.

Лазерная обработка заготовок из сталей и чугунов значительно увеличивает износо­стойкость. В условиях трения скольжения стали 45 по твердому сплаву коэффициент тре­ния после лазерной закалки непрерывным лазером уменьшается на 10 % по сравнению с коэффициентом трения при нормальном или улучшенном состоянии. Лазерную обработку нормализованных или отожженных сталей рекомендуется проводить при малых скоростях (менее 15 м/с) сканирования лазерного луча. Такие же результаты получаются при лазер­ной обработке заготовок из сталей после их закалки и высокого отпуска.

По данным проф. Григорьянца, обработка непрерывным излучением заготовок из сталей 09Г2, 35,45, 40Х, 75Г приводит к повышению предела выносливости до 520 МПа (в исходном состоянии 200... 300 МПа). Повышение предела выносливости и контакт­ной прочности обеспечивается за счет образования высокотвердой мартенснтной струк­туры. Сравнительные испытания по упрочнению переходных поверхностей валов пока­зали эффективность лазерного упрочнения (рис. 9.21, 9.22).

Для обеспечения глубины упрочнения до 300 мкм заготовки из чугуна СЧ18, опти­мальная плотность энергии лазерного облучения должна быть 8... 10 Вт/см. Структура поверхностного слоя состоит из ледебуритных участков, которые придают поверхности противозадирные и износостойкие свойства. Оптимальные режимы без оплавления по­верхности чугуна достигаются при обработке заготовки с плотностью энергии 2'10⁴ Вт/см². Получаемая твердость по Викерсу HV = 666... 677, до упрочнения HV = = 262.

Материал заготовки,сталь	После термообработки (ТО)	ТО + лазерная закалка	ТО + лазерная закалка с цианированием
40Х	56,2	41,4	35,1
У8А	44,2	37,0	23,2
У10А	42,0	34,1	22,4
ХВГ	30,6	25,6	19,3
Х12М	27,1	22,0	15,6

Переходная поверхность

Рис. 9.21. Схема упрочнениия галтелей валов

Рис. 9.22. Кривые усталости ступенчатых обраэцон из стали 45 в зависимости от вида упрочнения переходной поверхности вала:

1 - без упрочняющей обработки; 2 ~ упрочнение роликом;

3 - электромеханическое упрочнение; 4 - лазерное упрочнение

В общей проблеме трения и изнашивания фреттинг занимает особое место в связи с широким комплексом физико-химических явлений. Лазерная обработка может эффек­тивно повысить фреттингостойкость мест сопряжений деталей машины.

В табл. 9.16 приведены результаты влияния лазерного облучения на фреттинг-износ заготовок из сталей с различным содержанием углерода. Термоупрочнение проводили на установке «Квант-16». Режим обработки, энергия луча в импульсе 19 Дж, длитель­ность импульса 7... 10³ с, частота следования импульсов 1 Гц. Лазерная обработка во всех случаях приводит к уменьшению глубины повреждения, причем, чем больше про­центное содержание углерода в стали, тем больше эффект. Глубина фреттинг- повреждения заготовки из стали 30 уменьшалась в 2,4 раза, из стали 50 - в 1,5 раза, из стали 70 - в 3,6 раза, из стали У10 - в 4,6 раза.