Исследование влияния условий процесса лазерной поверхностной обработки нагруженных стальных изделий на структуру и свойства получаемых слоев
| Вид материала | Исследование |
- Д. В. Левый исследование влияния условий обработки на протекание, 57.53kb.
- Повышение эффективности технологического процесса обработки деталей машин при интеграции, 291.71kb.
- 11 Виды термической обработки металлов, 85.54kb.
- Алехин Алексей Николаевич исследование, 247.92kb.
- Горячее цинкование (цинкование в расплаве цинка), 525.37kb.
- Исследование электрофизических свойств сельскохозяйственных продуктов и материалов, 83.47kb.
- Комплекс оборудования по переработке и измельчению губчатого титана Д. Е. Салтыков,, 81.16kb.
- Исследование электрофизических свойств сельскохозяйственных продуктов и материалов, 34.96kb.
- Требования безопасности при работе с лазерной аппаратурой, 114.53kb.
- Контроля и управления термобарическими условиями в авд для синтеза и спекания наноматериалов, 16.43kb.
Исследование влияния условий процесса лазерной поверхностной обработки нагруженных стальных изделий на структуру и свойства получаемых слоев
В.Ю. Хаскин, А.В. Бернацкий, А.В. Сиора, А.Т. Никулин
Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, 03680, МСП, Киев-150, Украина
В настоящее время объемное легирование сталей становится неэкономичным из-за большого расхода дорогостоящих материалов. Но уровня эксплуатационных свойств нелегированных сталей недостаточно для использования в современной промышленности. Один из выходов – применение поверхностного легирования сталей и сплавов, что позволяет получить требуемые свойства поверхности при минимальном расходе легирующих элементов. Развитие инженерии поверхности на современном этапе, предполагает разработку технологических процессов нового уровня, позволяющих модифицировать поверхностный слой, радикально менять его структуру и свойства. При этом для модифицирования поверхности металлов предпочтение отдается методам упрочняющей обработки, использующим в качестве теплового источника концентрированные потоки энергии: ионные, лазерные, ультразвуковые, электронный луч и другие.
В ходе исследований исследовано влияние условий процессов лазерного и лазерно-микроплазменного поверхностного легирования торцевой поверхности кольцевых образцов Ø187×Ø125×30 мм из конструкционной стали 38ХН3МФА на структуру и свойства получаемых слоев. При лазерном легировании использовалась механическая смесь порошков фракции 0...40 мкм со следующим составом (масс. %): 46%(WC–W2С) + 46%Cr + 4%Al + 4%Si. При лазерно-микроплазменном легировании использовалась механическая смесь порошков аналогичной фракции со следующим составом (масс. %): 48%(WC–W2С) + 48%Cr + 4 %Al.
Лабораторный стенд был смонтирован на базе трехкоординатного манипулятора «Ласточка-1» производства ИЭС им. Е.О. Патона. Для экспериментов использовали Nd:YAG-лазер «DY044» производства фирмы «ROFIN-SINAR» (Германия) с длиной волны излучения =1,06 мкм. Лазерное излучение передавалось по изготовленному из кварцевого стекла оптическому волокну диаметром 600 мкм и длиной 20 метров. Из оптоволокна лазерное излучение попадало в коллиматор, где преобразовывалось с помощью системы оптических элементов, приобретало необходимые геометрические размеры и затем попадало на фокусирующую кварцевую линзу 50 мм с фокусным расстоянием F=200 мм. Обработка выполнялась при варьировании мощности лазерного излучения в пределах Р=3,0…4,4 кВт, скорости обработки V=400…750 мм/мин и величины рассфокусировки излучения F=+30…+45 мм.
Проведенные исследования процесса лазерного легирования показали, что при плотностях мощности излучения Wp=105...106 Вт/см2 происходит активный локальный разогрев присадочного материала, способствующий образованию парогазовой фазы над поверхностью жидкой фазы (ванны расплава). При этом в последней возникают турбулентные течения, приводящие к перемешиванию основного и присадочного материалов. Перемещение лазерного луча приводит к разнице сил поверхностного натяжения в центральной и хвостовой частях ванны расплава, что в совокупности с действием давления пара и турбулентными течениями расплава способствует сравнительно равномерному распределению присадочного материала по всей глубине ванны расплава и образованию легированного слоя.
Оптимальное структурное состояние (отличающиеся минимальным количеством трещин) при лазерном и лазерно-плазменном легировании обусловлено низкими градиентами по структуре, равномерным распределением фазовых выделений и, соответственно, отсутствием концентраторов внутренних напряжений. Это состояние обеспечивается уменьшением времени воздействия температурного поля в поверхностных слоях легируемого образца. Склонность к трещинообразованию при лазерном и лазерно-плазменном легировании образцов из стали 38ХН3МФА обусловлена, прежде всего, структурными (размер кристаллитов, коэффициент формы æ) и концентрационными изменениями, связанными с перераспределениями элементов, в частности Cr, что приводит к формированию резких зернограничных концентрационных градиентов. Вероятно, в приграничных зонах формируются карбидные фазы, скопление которых служит локальными концентраторами внутренних напряжений и, соответственно, очагами зарождения и распространения трещин.Отсутствие микротрещин в зоне сплавления при лазерно-микроплазменном способе легирования позволяет сделать вывод о перспективности применения данного способа поверхностной обработки для повышения эксплуатационных характеристик тяжелонагруженных стальных изделий изготовленных из стали 38ХН3МФА.