Лазерный мир

В. М. Петров, А. А. Буцанец, С. Н. Безпальчук // ЖУРНАЛ Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова, 2016

Сейчас появились методы лазерного упрочнения поверхности в сочетании с нанесением регулярного микрорельефа. Данным исследованиям с точки зрения повышения триботехнических свойств поверхности титановых образцов трения и посвящена предложенная статья. В статье достаточно подробно изложены основные моменты, касающиеся технологии подготовки образцов и ответных контртел, технологии нанесения регулярного микрорельефа с помощью лазера, расписана методика и режимы триботехнических испытаний и методов инструментальной оценки износа и показателей поверхностного слоя образцов трения. Полученые результаты исследований являются новыми и уточняют отдельные постулаты общей теории трения и износа относительно пары: композиционный материал (углепластик) титановый сплав.

Целью исследования является изучение влияния регулярного микрорельефа, нанесенного с помощью лазерной установки «Минимаркер» на функциональную способность поверхности роликов, выполненных из титанового сплава 3М. Данный сплав является перспективным конструкционным материалом для изготовления подвижных элементов ответственной запорной судовой арматуры.

В ходе исследования были решены следующие задачи:

1. Изготовлены образцы в виде роликов из титанового сплава 3М, имитирующих поверхность поворотного запорного устройства (рис. 2, а).

2. Изготовлены контробразцы в виде секторов-колец (контртел) из композитного углепластика УГЭТ, имитирующих контактную поверхность уплотнительного кольца в шаровом кране (рис. 2, б).

Рис. 2. Поверхность ролика без нанесенного микрорельефа после токарной механической обработки резцом диаметром 40 х 10 мм (а); сектор-колодочка из углепластика УГЭТ (образец с внутренним диаметром 40 х 15 мм (б)

3. Разработана методика нанесения микрорельефа на образцы-ролики с дискретным шагом: 1 х 45; 1,25 х 45; 1,5 х 45 на лазерной установке «Минимаркер» (рис. 3, а). Для нанесения микрорельефа на поверхность роликов использовалась лазерная установка «Минимаркер» с программой Laser script editor (рис. 3, б). В соответствии с разработанной методикой на трех роликах был нанесен рельеф с дискретным шагом (образец № 2 — шаг 1 х 45, образец № 3 — шаг 1,25 х 45.

Выводы

1. Триботехнические испытания, проведенные на машине трения СМЦ-2, показали, что только отсутствие микрорельефа позволяет снизить коэффициент трения для трибопар из антифрикционных материалов, повысить износостойкость и индексы задира.

2. Данный отрицательный результат, полученный на машине трения, показывает, что нанесение регулярного микрорельефа методом лазерного легирования не позволяет повысить износостойкость ответственного трибосопряжения.

3. В результате трибоиспытаний было выявлено, что нанесённый микрорельеф выступает как режущий инструмент (микроабразив — совокупность микронеровностей, расположенных регулярным образом). Воздействие лазерного луча на поверхность титановых образцов привели к изменению структуры поверхности, что видно на характерных микрофотографиях. Возможному повышению твердости, что требует дополнительных металлографических исследований.

4. Данный метод повышения износостойкости и антизадирных свойств деталей, выполненных из титанового сплава 3М и композиционного углепластика УГЭТ, в настоящее время не может быть применим в качестве замены существующего на производстве метода ионной имплантации (насыщения азотом для создания соединения нитрида титана).

Полное содержание статьи на https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniya-lazernoy-uprochnyayuschey-tehnologii-poverhnosti-obraztsov-iz-titanovogo-splava-na-rabotosposobnost-pary/pdf