Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника
Посмотреть оригинал

Поверхностная закалка при нагреве лазером.

Лазеры —это генераторы света (квантовые генераторы оптического диапазона). В основу их работы положено усиление электромагнитных колебаний с помощью индукционного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение монохроматично, распространяется очень узким пучком и характеризуется чрезвычайно высокой концентрацией энергии. Для промышленных целей применяют наиболее часто С02-лазеры непрерывно-волнового типа мощностью 0,5— 5 кВт. Применение лазеров для термической обработки основано на трансформации световой энергии в тепловую.

Под воздействием лазерного излучения за короткий промежуток времени (10-8—10-7 с) поверхность детали из стали или чугуна нагревается до очень высоких температур. Распространение теплоты в глубь металла осуществляется путем теплопроводности. После прекращения действия лазерного излучения происходит закалка нагретых участков, благодаря интенсивному отводу теплоты в глубь металла (самозакалка). Скорость охлаждения составляет 103—106 0 С/с.

Нагрев лазером для термической обработки осуществляется при удельной мощности 103—104 Вт/сма. Для снижения отражательной способности поверхности металла и, следовательно, повышения эффективности лазерного нагрева на поверхность наносят пленки сульфидов (Fe2S8), фосфатов (Mg8(P04)a, Zn8(P04)2, а также сажи, коллоидный раствор углерода в ацетоне и другие неметаллы и краски.

Нагрев может осуществляться лазерами импульсного и непрерывного излучения. При импульсном излучении зона лазерного воздействия имеет форму круга диаметром D (рис. 144, а), а при непрерывном — полосу шириной до 3 мм (рис. 144, в, г). Для обработки поверхности необходимо сканировать луч с взаимным перекрытием (рис. 144, а) [1] или без перекрытия зон упрочнения. При обработке с перекрытием пятен имеются зоны многократного нагрева и зоны отпуска (нагрев ниже Лсх) с пониженной твер-

Схема нагрева лазером для поверхностной закалки

Рис. 144. Схема нагрева лазером для поверхностной закалки: а — схема расположения зон термического воздействия (О — диаметр зоны лазерного воздействия, S — шаг обработки, х — толщина упрочненного слоя): б — схема строения зоны упрочнения: / — зона плавления; 2 — зона термического влияния; 3 — зона неполной закалки; 4 — исходная структура; в — схема упрочнения плоской поверхности непрерывными лазерами с периодическим смещением детали о шагом Sn; г — обработка цилиндрической детали о постоянной осевой подачей SQ

достью. Толщина упрочненного слоя не превышает 0,1—0,15 мм. Метод малопроизводительный.

Лазеры непрерывного излучения (рис. 144, в, г) более производительны и обеспечивают равномерность упрочнения. Скорость обработки поверхности составляет 102—104 мм/мин. При перекрытии полос также образуются зоны отпуска, поэтому в некоторых случаях полосы наносятся на некотором расстоянии друг от друга.

В зависимости от плотности мощности лазерного излучения нагрев осуществляется как с расплавлением металла, так и без него. Критическая удельная мощность, выше которой происходит оплавление поверхности, составляет (2—6) 104 Вт/сма. Чем выше мощность излучения, меньше диаметр пятна и скорость перемещения, тем больше толщина упрочненного слоя. Наибольшая толщина слоя без оплавления стали не превышает 1,5—2,0 мм, а чугуна — 1,0—1,5 мм. При обработке с оплавлением толщина упрочненного слоя больше.

Структура по толщине зоны лазерного воздействия на среднеуглеродистых (0,35—0,45 % С) сталях включает (рис. 144, б):

  • 1) зону плавления, состоящую чаще из дендритных кристаллов мартенсита, — Н800—850;
  • 2) зону термического влияния (нагрев до температуры выше Ас3), состоящую из белого нетравящегося слоя азотисто-углеродистого мартенсита [2] с твердостью Н800; нижняя граница слоя определяется зоной неполной закалки (нагрев в интервале температур ЛсхAcs) со структурой мартенсит и феррит;
  • 3) зону отпуска с пониженной твердостью (Н500—650);
  • 4) зону исходной структуры и твердости.

Твердость после обработки лазером высокоуглеродистых сталей (У8, У10, ШХ15 и др.) достигает Н1000—1100.

Поверхностная закалка при нагреве лазером без оплавления повышает в 2—4 раза (в зависимости от стали) износостойкость, на 70—00 % предел выносливости при изгибе и на 60—70 % — предел контактной выносливости.

Лазерную обработку успешно применяют для поверхностного упрочнения отливок из перлитного серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Благодаря оплавлению поверхности и образованию ледебуритной эвтектики (отбел чугуна) и мартенситного подслоя твердость на поверхности достигает Н750—900. Частичное оплавление ухудшает чистоту поверхности. При отсутствии оплавления твердость после нагрева лазером повышается в результате закалки тонкого поверхностного слоя.

Лазерная закалка — перспективный метод упрочнения сложных изделий, долговечность которых лимитируется износостойкостью и сопротивлением усталости, когда их закалка другими методами затруднена.

  • [1] Отношение шага обработки 5 к диаметру D единичной зоны лазерноговоздействия К = S/D носит название коэффициента перекрытия.
  • [2] Насыщение мартенсита азотом происходит из воздуха при высоких температурах.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы