Влияние лазерной модификации на эксплуатационные характеристики стали Р6М5
Научная библиотека 30.01.2017 Комментариев к записи Влияние лазерной модификации на эксплуатационные характеристики стали Р6М5 нетИ.Н.Степанкин, Л.С.Верещагина, Е.П.Поздняков, О.Г.Девойно, П.В.Веремей // ВЕСТНИК ГГТУ ИМ. П. О. СУХОГО № 1, 2015, с:19-26, УДК 620.178.4
АННОТАЦИЯ:
Исследовано влияние лазерной обработки поверхностного слоя быстрорежущей стали Р6М5 на характер и интенсивность ее контактного изнашивания. Показано, что механизм износа поверхностного слоя состоит из двух фаз. На первой происходит накопление внутренних повреждений, сопровождающееся деструктуризацией металла в области полоски контакта и зарождение преимущественно межкристаллитных микротрещин. На втором этапе в результате распространения трещины контактной усталости поверхностный слой, претерпевший наклеп, отделяется от основного материала. Полученные зависимости контактного изнашивания показывают, что глубокая модификация поверхностного слоя быстрорежущей стали Р6М5 не оказывает существенного влияния на изменение скорости контактного изнашивания по сравнению с более тонкими слоями
Введение
Обработка поверхностей инструментальной оснастки лазерным излучением является одним из современных методов направленного регулирования структуры поверхностного слоя высоколегированных сталей [1], [2]. Преимущества лазерной обработки широко известны и во многом обусловлены высокой степенью локализации лазерного воздействия на модифицируемый материал. В результате нагрева с высокой скоростью последующее охлаждение поверхности за счет теплоотвода энергии во внутренние слои металла происходит достаточно быстро. Нагрев может осуществляться с оплавлением поверхности или без него. Основной эффект обработки основан на формировании метастабильных фаз. Это приводит к приросту твердости на 3–4 единицы HRC по сравнению с максимальной твердостью, достигаемой на данной марке стали стандартными методами термообработки. В отличие от известных процессов термоупрочнения закалкой токами высокой частоты, электронагревом, закалкой из расплава и другими способами нагрев при лазерной закалке является не объемным, а локализованным поверхностным процессом. Он затрагивает весьма тонкие поверхностные слои. Однако образующаяся структура даже в слоях толщиной несколько микрометров достаточно неоднородна по структуре и свойствам [3]. Основными структурными составляющими модифицированного слоя легированных сталей являются мелкоигольчатый мартенсит и остаточный аустенит [4]. Присутствие остаточного аустенита оказывает неоднозначное воздействие на эксплуатационные характеристики инструмента. Во многих случаях, когда речь идет о штамповой оснастке для объемного деформирования заготовок, небольшая доля остаточного аустенита в металлической матрице ледебуритных сталей оказывает благоприятное воздействие на взаимодействие структурных составляющих, что способствует увеличению стойкости инструмента [5]. Однако высокоэнергетическое воздействие лазерного излучения приводит к формированию модифицированных слоев, в которых за счет растворения в металлической матрице практически всех легирующих элементов аустенит становится основной и зачастую единственной фазой, которая определяет свойства поверхностного слоя детали. В этой связи исследование влияния режимов лазерной обработки на структуру и свойства высоколегированных инструментальных сталей представляет интерес с точки зрения ресурсного проектирования технологии упрочнения оснастки.
В работе представлены результаты исследования влияния параметров лазерной закалки на морфологию модифицированного слоя быстрорежущей стали Р6М5 и механизм его изнашивания в условиях контактного нагружения.
Объекты и методики исследований
Экспериментальные образцы из стали Р6М5 в качестве предварительной термообработки подвергли закалке с температуры 1220 °С и трехкратному отпуску при температуре 550–570 °С. Для устранения остаточного аустенита непосредственно после закалки была проведена криогенная обработка в жидком азоте. После объемной термообработки проводили поверхностную модификацию по режимам (см. таблицу).
Использовали иттербиевый лазер с длиной волны излучения 1070 нм. Мощность излучения при обработке всех экспериментальных образцов составляла 1,3 кВт. В поперечном направлении сканирование лазерного пучка с частотой 220 Гц обеспечивало формирование зоны квазистационарного нагрева размером 0,7 × 6 мм. Продольное
перемещение по обрабатываемой поверхности образцов производилось машинным способом со скоростью от 600 до 1350 мм/мин, начальная, наиболее низкая скорость перемещения подбиралась опытным путем, с целью достижения эффекта частичного оплавления на боковой поверхности образцов для оценки распределения остаточных напряжений. Обработка всех последующих образцов производилась с постепенным ускорением для снижения степени нагрева поверхностного слоя.
Результаты исследований и их обсуждение
Изменение скорости лазерной обработки поверхностного слоя образцов оказывает влияние на глубину структурной модификации и распределение микротвердости в поверхностном слое. Наибольшая глубина упрочненного слоя формируется при минимальной скорости перемещения лазерного излучения по обрабатываемой
поверхности – 600 мм/мин. Структура модифицированного слоя при этом представлена тремя зонами. В первой – наружной зоне, где температура нагрева достигала максимальных значений, структура имеет выраженные признаки перегрева и, возможно, пережога. Это подтверждается наличием ледебуритной сетки по границам зерен и пористостью. В металле матрицы отсутствуют избыточные карбидные частицы, перешедшие в твердый
раствор. Степень легирования материала матрицы имеет максимальное значение. Химическая активность металла снижена, при травлении в 5%-м спиртовом растворе азотной кислоты сплав практически не приобретает структурного рисунка, сохраняя светлую металлическую окраску (рис. 1).
Второй зоной модифицированного слоя является зона неполного растворения первичных карбидных частиц. Она
имеет максимальную микротвердость и так же, как и наружная зона, отличается пониженной химической активостью к травителю.
Leave a comment
You must be logged in to post a comment.