Лазерный мир

Алисин В.В. // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2022. No 32. С. 12-14.

Статья посвящена поиску оптимальных технологических режимов при лазерном упрочнении цилиндровых втулок тяжелых дизелей. Исследуется влияние скорости сканирования лазерного луча на структурные изменения в поверхностном слое и микротвердость дорожек упрочнения. Экспериментально установлено существование дорожек упрочнения с наибольшей твердостью. Оптимальный технологический режим лазерной закалки соответствует началу лазерного оплавления поверхности. Полученные результаты позволили разработать практические рекомендации по упрочнению. цилиндровых втулок из чугуна.

Введение.

Лазерная закалка является эффективным методом повышения твердости и износостойкости поверхности чугуна [1]. В статье отмечается, что в процессе многодорожечной лазерной закалки высокопрочного чугуна с шаровым графитом происходит отпуск в зоне перекрытия, что приводит к неравномерному распределению твердости и остаточных напряжений на поверхности детали. Показано, что последующая дробеструйная обработка значительно улучшает равномерность распределения остаточных напряжений и твердости. В работе [2] исследовалось распределение микротвердости, фазовые превращения и износостойкость закаленных лазером образцов аустенитного серого чугуна. Трибологические испытания проводились на установке с возвратно-поступательным движением. Установлено, что под упрочненной лазером поверхностью образовались четыре зоны. Зона лазерного упрочнения (ледебурит, HRC 67), верхнюю зона термического воздействия (мартенсит, (HRC 69), нижнюю зона закалки (аустенит и феррит, HRC 36) и подложка (HRC 39). В работе [3] изучены зависимости геометрических параметров зон лазерной обработки в зависимости от мощности, скорости обработки и диаметра лазерного луча. Чугун с шаровидным графитом обладает [4] склонностью к образованию трещин. В работе [5] на чугуне марки 450 была выполнена комплексная обработка поверхности, включающая плазменное азотирование с последующей лазерной закалкой при различных уровнях мощности излучения от 400 до 514 Вт. Изучалось изменение структуры и глубина упрочнения. Установлено, что предложенная обработка способствует созданию слоев с более высокой поверхностной твердостью и большей глубиной упрочнения (300-750 мкм).

Цель работы состоит в установлении зависимости твердости дорожек упрочнения от скорости сканирования лазерного луча при проведении лазерной закалки образцов из высокопрочного чугуна.

Материалы и оборудование.

Эксперимента выполнены на образцах в форме пластин, которые вырезались из натурной цилиндровой втулки, изготовленной из высокопрочного чугуна с шаровым графитом. Лазерная обработка выполнена на СО2-лазере при непрерывной мощности излучения 700 Вт, которое фокусировалось в световое пятно с плотностью мощности 185 Вт/мм2.
Микротвердость дорожек упрочнения измерялась на микротвердомере ПМТ-3.

Результаты.

Поверхность трения для повышения износостойкости упрочнялась нанесением дорожек лазерной закалки. Для определения оптимального режима обработки были нанесены несколько дорожек одинаковым диаметром пятна d=2,2 мм. Лазерная обработка поверхностей выполнялась в диапазоне скоростей сканирования пятна в пределах 0,5-5 м/мин, в котором гарантировалось оплавление поверхности чугуна. На каждой дорожке упрочнения измерялась микротвердость в центре дорожки. На рисунке 1 представлен график изменения твердости дорожки упрочнения от скорости сканирования лазерного луча.

Эксперименты показали, что с увеличением скорости сканирования от 0,5 м/мин до 5 м/мин кривая зависимости имеет экстремум, в котором микротвердость поверхности имеет максимальное значение. Были проведены металлографические исследования образца дорожки упрочнения с наибольшей твердостью (рис. 2).
Анализ фотографии показывает, что максимальная твердость образца соответствует лазерной обработке в режиме «на гране оплавления». Параметры дорожки упрочнения: ширина дорожки 1800 мкм; максимальная глубина зоны закалки 280 мкм.

Полное содержание на https://elibrary.ru/item.asp?id=49794109