Читайте также:
|
|
Параметры режима лазерного облучения, используемого
для обработки материалов
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.
9.7.Влияние видов покрытия на лазерное упрочнение поверхности заготовки
из стали 40Х
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.
Лазерная обработка заготовок из инструментальных сталей
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. |
9.10. 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 |
9.11. Изменение микротвердости поверхности заготовки в зависимости от числа повторных облучений
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 Еа «Еа излучения, при которой на поверхности заготовки из твердого сплава не возникают дефекты, приводящие к разрушению. Для всех значений энергии, расположенных между Еп и Е0, т.е, при Е0 < Е < Еа 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.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 29 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |