Лазерный мир

Бирюков В.П., Горюнов Н.А., Зубков М.А. // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2022. № 30. С. 20-23. 

Работа посвящена определению влияния режимов лазерного упрочнения на геометрические параметры зон закалки, микротвердость упрочненных слоев и триботехнические характеристики при трении сталь 50ХФА по стали 40Х при смазке гидравлическим маслом. Получены закономерности изменения коэффициентов трения от давления и их значения значительно ниже, чем у объемно закаленной и исходной стали. Результаты могут быть применены при обработке деталей в серийном производстве.

Процесс лазерного упрочнения (ЛУ) поверхности все чаще используется для термической обработки деталей с целью повышения их механических свойств и износостойкости обрабатываемых зон [1,2]. По сравнению с другими процессами термообработки поверхности, лазерная термообработка обладает рядом преимуществ, таких как локальные зоны упрочнения, минимизация нежелательных деформаций и искажений, применение очень быстрых термических циклов для получения закалки без применения охлаждающих жидкостей, обработка деталей со сложной геометрией с помощью роботов и возможность полной автоматизации и управления процессом [3,4].
Экспериментальное исследование [5] проводили на образцах листовой стали AISI 4340 с габаритными размерами 60×6×5 мм, закаленными до твердости 25-30 HRC. Для проведения упрочнения был использован волоконный лазер YLS-3000-ST2 IPG и робот FANUC M-710IC, оснащенный
лазерной головкой со сканирующим устройством ILVDC-Scanner. Лазерное упрочнение выполняли при мощности излучения 500, 650 и 800 Вт, скорости перемещения 20,30,40 мм/с. Результаты металлографических исследований показли, что мощность лазера положительно влияет на глубину зон упрочнения больше, чем на ширину, в то время как скорость сканирования отрицательно влияет на глубину зон закалки, но более существенно на их ширину. Синусоидальные колебания лазерного луча обеспечивают максимальную ширину 2800 мкм с приемлемой глубиной до 500 мкм и равномерное распределение твердости 54-59 HRC, тогда как сфокусированный луч обеспечивает максимальную глубину зон закалки до 1000 мкм со значительно меньшей их шириной до 1200 мкм с твердостью 56-60 HRC.
Исследование влияния процесса лазерной закалки [6] на износостойкость стали Ck45 при трении закаленного штифта по стальному диску с твердостью 385HV показало, что размер частиц износа обработанного лазером образца был меньше по сравнению с необработанным образцом при испытании без смазочного материала. Очень тонкая игольчатая микроструктура мартенситной матрицы с твердостью до 850 HV. и незначительное количество дендритной аустенитной структуры с твердостью 400-600 HV полученные при высоких скоростях лазерной закалки обеспечили износостойкость образцов после лазерного термоупрочнения.
Лазерное упрочнение выполняли на лазерном автоматизированном технологическом комплексе ИМАШ РАН. Для исследования использовали образцы стали 50ХФА с размерами 12×20×70 мм. Режимы лазерной закалки изменяли следующим образом: мощность излучения Р=700-1000 Вт, скорость перемещения луча V=7-10 мм/с, диаметр лазерного пятна 3,5-5,5 мм. Для выравнивания плотности мощности по сечению лазерного пятна использовали поперечные его колебания с частотой 216 Гц относительно вектора скорости обработки. Наложение дорожек лазерной закалки выполняли с различным шагом.
Металлографические исследования выполняли с применением металлографического, цифрового микроскопов. Измерение микротвердости проводили на приборе ПМТ-3 при нагрузке 0,98Н.
Испытания на трение и износ проводили по схеме широкая сторона плоского образца – торец вращающейся втулки (сталь 40Х HRC 48-52). Для смазки использовали масло МГЕ-10А.

Полное содержание на http://srcms.ru/jarits/30/30-03.html