Способ лазерной химико-термической обработки стальных изделий

Способ лазерной химико-термической обработки стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области лазерной химико-термической обработке стальных изделий. Цель изобретения - повышение износостойкости и усталостной прочности обработанных изделий. Способ лазерной химико-термической обработки включает многократное последовательное нанесение на обрабатываемую поверхность изделия легирующей обмазки и нагрев лучом непрерывного лазера путем сканирования обрабатываемой поверхности при постоянной мощности лазерного излучения и увеличении скорости сканирования луча на каждом последовательном проходе в N/(N-1) раз, где N - кратность обработки. Использование данного способа обеспечивает повышение износостойкости в 2-2,5 раза и усталостной прочности в 1,5-2,5 раза по сравнению с обработкой известным способом. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PECnYEi JlHK (51} 4 С 23 С 8/70

ОПИСАНИЕ SOEPETEHHFI

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4175225/31-02 (22) 04.01.87 (46) 30.04.89, Бюл. Р 16 (71) Белорусский политехнический институт (72) О.Г.Девойно, M.À.Êàðäàïoëîâà и А,Н.Королева (53) 621.375.836(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1420985, кл. С 23 С 9/04. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области лазерной химико-термической обработки стальных изделий. Цель изобретения— повышение износостойкости и усталостИзобретение относится к металлургии, в частности к лазерной химикотермической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистых сталей.

Целью изобретения является повьппение износостойкости и усталостной прочности обработанных изделий.

Предложенный способ характеризуется тем, что операцию нанесения обмазки и последующего оплавления лучом непрерывного лазера повторяют п раз, где n=2-5, обеспечивая при каждом последовательном сканировании увеличение скорости движения луча в

n/(n-1) раз, что обеспечивает при постоянной мощности лазерного излуÄÄSUÄÄ 1475975 д1 ной прочности обработанных изделий.

Способ лазерной химико-термической обработки включает многократное последовательное нанесение на обрабатываемую поверхность иэделия легирующей обмазки и нагрев лучом непрерывного лазера путем сканирования обрабатываемой поверхности при постоянной мощности лазерного излучения и увеличении скорости сканирования луча на каждом последовательном проходе в n/(n-1) раз, где и — кратность обработки. Использование данного способа обеспечивает повьппение износостойкости в 2-2,5 раза и усталостной прочности в 1,5-2,5 раза по срав- д нению с обработкой известным способом. 2 табл. чения уменьшение энерговклада в п/(n-1) раз.

Способ позволяет получить иэносостойкий поверхностный слой на рабочих поверхностях деталей практически из любых материалов, что определяется выбором оптимального легирующего покрытия.Однако степень упрочнения определяется количеством введенных ле гирующих элементов.При этом в случае создания высокой концентрации легирующих элементов в поверхностном слое,что может быть достигнуто либо увеличением толщины нанесенной обмазки,либо уменьшением глубины проплава металла основы, достигается высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя. Одновременно в большинстве случаев происходит снижение ус1475975

Таблица 1

Значения скорости перемещения лазерного луча при различном количестве пробегов при начальной скорости луча Ч= 400 мм/мин

Номер прохода

Скорость при числе проходов (2 (3 ) А

400

800

900

533

711

948

977

2

4

5 талостной прочности. Это объясняется высоким уровнем остаточных напряжений вследствие резкого различия свойств упрочненного слоя и основно5 го металла. Концентратором напряжений служит граница раздела легированных эон и основного металла.

При создании упрочненного слоя с более низкой концентрацией легирую- 1р щих элементов, усталостная прочность практически не уменьшается, но и не достигается высокий уровень износостойкости.

Уменьшение энерговклада в поверхность при втором проходе приводит к уменьшению глубины зоны проплава по сравнению с первым и увеличении концентрации легирующих элементов в слое, проплавленном за второй проход.20

Последовательное выполнение описанного приема приводит к формированию легированного слоя с плавным изменением концентрации легирующих элементов от поверхности вглубь метал- 25 ла. Такое строение упрочненного слоя обеспечивает снижение уровня остаточных напряжений и повышение усталостной прочности.

Увеличение числа проходов выше пяти неэффективно, так как снижается

i производительность процесса упрочнения, кроме того, при высоком числе проходов происходит пересыщение поверхностных слоев легирующих материалов, что приводит к ухудшению

его свойств, в том числе и снижению усталостной прочности.

Пример. Проводили лазерное легирование бором и хромом образцов из стали 45. Для нанесения обмазок использовали порошки аморфного бора грануляцией 5-10 мкм и хрома грануляцией 10-12 мкм. Толщина обмазки составляла порядка 0,06 мм и контролировалась толщиномером MT-40Нц. Для лазерной обработки использовали установку непрерывного действия ЛГН-702 мощностью 800 Вт. Изменением скорости перемещения луча лазера по поверхности достигалось изменение энерговклада. Скорость первого прохода составляла 400 мм/мин. Шаг обработки составлял 0,8 диаметра луча.

Испытания износостойкости проводили на машине трения СИТ-1 по схеме трения диск-колодка, величина износа определялась от искусственной базы с помощью профилографа-профилометра модели 252. Удельное давление составляло 1,24 МПа, скорость трения

V --" "16 м/с, среда — масло индустриальное 20 с добавками абразива.

Излучение усталостной прочности проводили по стандартной методике на машине МУИ-6000 в соответствии с

ГОСТ 25-502-79.

Результаты исследований приведены в табл.1 и 2.

1475975

Таблица 2

Результаты исследований характеристик покрытий п/п

Обмазка хромом

Обмазка бором

Число проходов лазерным лучом

Предел выносливос ти, МПа

Величина

Величина

Предел выносли износа, мкм износа, мкм вости

МПа

10

150

220

19

13

210

240

Растрескивание

Растрескивание слоя слоя

Формула и э обретения

Способ лазерной химико-термической обработки стальных изделий,включающий многократное последовательное нанесение на обрабатываемую поверхСоставитель А.Бултач

Техред М. Ходанич Корректор В. Гирняк

Редактор Т.Лазоренко

Заказ 2127/25 Тираж 942 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

3

6

2 (со сдвигом шага обработки — прото-. тип)

5 (без изменения энерговклада) Использование предлагаемого способа позволяет увеличить по сравнению с прототипом износостойкость в

2-2 5 раза и усталостную прочность в 1,5-2,5 раза. ность изделия легирующей обмаэки и нагрев лучом непрерывного лазера путем сканирования обрабатываемой поверхности при постоянной мощности лазерного излучения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышеЗБ ния иэносостойкости и усталостной прочности обработанных изделий, нагрев осуществляют при увеличении скорости сканирования луча на каждом следующем проходе в n/(n-1) раэ, 40 где и — кратность обработки.