П оверхностная лазерная обработка.
На режимах, не вызывающих разрушения материала, реализуются различные процессы лазерной поверхностной обработки. В основе этих процессов лежат необычные структурные и фазовые изменения в материале, возникающие вследствие сверхвысоких скоростей его нагрева и последующего охлаждения в условиях лазерного облучения. Важную роль при этом играют возможность насыщения поверхностного слоя элементами окружающей среды, рост плотности дислокаций в зоне облучения и другие эффекты.
Виды поверхностной лазерной обработки (табл. 2.12) определяются уровнем плотности мощности лазерного излучения.
1. Лазерная обработка без фазового перехода. При этом способе не происходит расплавления облученной зоны; сохраняется исходная шероховатость обрабатываемой поверхности. Быстрый локальный нагрев поверхности и последующее охлаждение за счет теплоотвода в массив материала приводят к образованию в поверхностном слое стали специфической зоны с высокой дисперсной, имеющей микротвердость, в 2 - 4 раза превышающую микротвердость основы (матрицы).
При малых плотностях мощности, скоростях нагрева и охлаждения, не превышающих критических значений, может быть реализован режим отжига (отпуска) ранее закаленных материалов. Необходимость такой операции возникает, например, при изготовлении листовых пружин, отбортовке краев обоймы подшипника и т. п.
2. Лазерная обработка с фазовым переходом. При этом виде лазерной обработки, который проводится с большей мощностью излучения, происходит плавление материала в облученной зоне. Это позволяет добиться значительных глубин упрочненного слоя.
|
|
|
3. Лазерное легирование происходит в специальной среде (газообразной, жидкой, твердой). В результате такой обработки на поверхности образуется новый сплав, отличный по составу и структуре от матричного материала. Лазерное легирование отличается от обычного лазерного упрочнения тем, что повышение твердости и других эксплуатационных показателей достигается не только за счет структурных и фазовых превращений в зоне лазерного воздействия, но и путем создания нового сплава с отличным от матричного материала химическим составом. Тем не менее, в основе этого нового сплава лежит матричный материал.
4. Лазерная наплавка (напыление) позволяет нанести па поверхность обрабатываемого материала слой другого материала, улучшающий эксплуатационные характеристики основного. Размеры легированной зоны зависят в основном от энергетических параметров излучения и толщины покрытия из легирующего материала.
Все эти виды обработки можно осуществить с помощью как импульсного, так и непрерывного излучения. Упрочнение без фазового перехода более пригодно для прецизионной обработки поверхностей сравнительно небольших размеров, производительность процесса ограничивается сравнительно невысокой частотой следования импульсов выпускаемого оборудования. Непрерывное излучение позволяет производить обработку с высокой производительностью поверхностей больших размеров.
|
|
|
Таблица 2.12
Виды поверхностной лазерной обработки
| № п/п | Вид лазерной обработки | Глубина изменённого слоя, мм |
| 1 | Без фазового перехода | 0,2-0,5 |
| 1 а | Лазерный отжиг (отпуск) | 0, 05-0,1 |
| 2 | С фазовым переходом | 1,2- З.0 |
| 3 | Лазерное легирование | 0,2-2,0 |
| 4 | Лазерная наплавка (напыление) | 0,02-3,0 |
Влияние на свойства. Лазерная поверхностная обработка вызывает улучшение многих эксплуатационных характеристик облученных материалов. Специфическая топография обработанной поверхности, которая характеризуется образованием «островков» разупрочнения, служащих своеобразными демпферами для возникающих структурных и термических напряжений, а также «карманами» для удержания смазочного материала, позволяет существенно повысить износостойкость материала вследствие значительного уменьшения коэффициента трения (иногда до 2 раз). У большей части конструкционных сталей и сплавов наблюдалось увеличение износостойкости после лазерной обработки в 3 - 5 раз.
|
|
|
Такие механические свойства, как временное сопротивление разрыву , ударная вязкость, после лазерного облучения несколько снижаются, в то время как предел текучести практически остается без изменения. Однако с помощью дополнительного отпуска для снятия напряжений прочностные характеристики могут быть увеличены в 1,3 раза по сравнению со стандартной термообработкой.
Лазерное упрочнение приводит к повышению теплостойкости Насыщение матричного материала - алюминиевого сплава АЛ25 - железом, никелем, марганцем, медью приводит к увеличению его жаропрочности в 1,5 - 4 раза. Такое значительное улучшение жаропрочности представляет большой интерес для двигателей внутреннего сгорания, где алюминиевые сплавы работают в условиях повышенных температур.
Лазерное облучение позволяет в широких пределах изменять напряженно-деформированное состояние материала. Изменяя условия облучения, можно получать остаточные напряжения разной величины.
|
|
|
Лазерное излучение можно использовать для предварительного нагрева слоя материала на заготовке перед последующим удалением его режущим инструментом. При нагреве улучшается обрабатываемость стали вследствие изменения механических характеристик материала в зоне стружкообразования, увеличения его пластичности, снижения прочности и твердости.
Широкое применение лазерная поверхностная обработка находит для повышения долговечности, надежности деталей различных машин и приборов во многих отраслях промышленности: химическом машиностроении, автомобильной промышленности, судостроении, авиастроениии т. д.
В автотракторостроении лазерное упрочнение применяется для повышения износостойкости распределительных валов, коленчатых валов, шестерен заднего моста, рабочих поверхностей клапанов, клапанных седел, поршневых канавок, компрессионных колец, рычагов и других деталей.
Технология лазерной наплавки позволяет восстанавливать изношенные детали автомобильной, дорожно-строительной, судовой, горнодобывающей, энергетической техники. При этом восстанавливаемые детали, например, коленчатые валы большегрузных автомобилей, имеют ресурс работы нового коленчатого вала, а стоимость восстановления методом лазерной наплавки коленчатого вала составляет 30-40% от стоимости нового.
Технология лазерной наплавки позволяет заменить классическую химико-термическую технологию азотирования, борирования, цементации, нироцементации. При этом резко сокращается длительность технологического цикла изготовления, снижается себестоимость изготовления, улучшается экология производства.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 318; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!