Лазерный мир

Рощин М.Н. // Опубликовано в: Журнал передовых исследований в области естествознания. 2023. № 18. С. 52-55.

Лазерное упрочнение поверхности трения обеспечивает надежный метод изменения свойств поверхности и предоставляет новые способы проектирования и изготовления новых функциональных поверхностей для повышения износостойкости. Лазерное упрочнение для повышения износостойкости представляет большой интерес. Растущее давление на снижение затрат требует более чем когда-либо оптимизированных конструктивных решений, которые характеризуются энергоэффективными характеристиками изделия. Поэтому требования к высоконагруженным трибологическим системам постоянно возрастают. Необходимо уменьшать износ узлов трения, а также повышать их долговечность. Один из возможных способов повышения износостойкости поверхностей трения является структурирование поверхностей контактов. Лазерная обработка поверхностей трения обеспечивает надежный метод изменения свойств поверхности и предоставляет новые возможности при проектировании и изготовлении пар трения. В этой области обработки поверхностей повышение износостойкости представляет большой интерес [1]. Хороший результат повышения износостойкости пар трения достигается при создании на поверхности износостойких покрытий. Износостойкие покрытия, наплавленные лазером, показывают хорошие трибологические свойств, как для работы в тяжелонагруженных узлах трения, а также для восстановления изношенных поверхностей трения. Локальное воздействие на поверхность концентрированного потока высокой плотности позволяет получать недостижимые при традиционных способах обработки свойства материала. Это связано с целенаправленным изменением химического состава и структурно-фазового состояния поверхностных слоев [2]. Механические свойства наплавленного лазером покрытия зависит от формирующейся структуры покрытия, которая полностью определяется распределением температуры по толщине покрытия [3].

Цель работы: исследовать распределение температуры по глубине покрытия с частицами диборида титана на стали при лазерной наплавке.

Материалы и оборудование. Исследовалось распределение температуры в покрытии с частицами диборида титана на стали при лазерной наплавке. Предварительно на поверхность детали из стали 30ХГСА наносилось газотермическое порошковое покрытие с последующим лазерным оплавлением. При газотермическом напылении была использована механическая смесь порошка ПГСР4 и 15% мелкодисперсной (5…20 мкм) упрочняющей добавки TiB2. Толщина покрытия при газотермическом напылении составляла 0,6-0,7 мм. Лазерное оплавление износостойкого покрытия осуществлялась на оборудовании, разработанном в ИМАШ РАН на лазерном технологическом комплексе ЛТК-01, с использованием технологической оснастки. Технологические режимы лазерного оплавления газотермического покрытия определялись на основе математических расчетов процесса лазерного нагрева и плавления покрытия с учетом зависимости теплофизических параметров от температуры.

Результаты и методика исследований

На основе математического моделирования процесса оплавления металлокерамического покрытия были разработаны технологические режимы. Численный анализ нагрева и плавления двухслойного полуограниченного тела проводился учетом граничных условий Стефана.

Выводы. На основе математического моделирования нагрева и плавления износостойкого композиционного покрытия ПГСР4+15%TiB2, проведены исследования по лазерному оплавлению покрытия на стали, предназначенного для тяжелонагруженных узлов трения. Приведено распределение температуры по глубине покрытия ПГСР4+15%TiB2 на стали 30ХГСА при плотности мощности 3·107 Вт/м2. Температура в покрытии в момент приплавления к основе на поверхности составляет 1956°С, что не превышает температуру плавления упрочняющей фракции TiB2 (3230°С). Результаты могут быть использованы при разработке технологии лазерной наплавки износостойких покрытий.

Источник: https://www.elibrary.ru/contents.asp?id=50446827