Введение
1 Аналитический обзор. Технологии лазерной закалки в современном
промышленном производстве 7
1.1 Анализ технологического процесса лазерной закалки
поверхностного слоя 7
1.1.1 Лазерная закалка без оплавления и с оплавлением поверхности 8
1.2 Оборудование и регулируемые параметры процесса лазерной
закалки 9
1.3 Стали и сплавы пригодные для упрочнения методом лазерной
закалки 12
1.4 Способы повышения поглощательной способности материалов
при лазерной поверхностной обработке 13
1.5 Постановка целей задач исследования 16
2 Выбор материалов, технологических паромеры термической
обработки и методик для проведения исследования 17
2.1 Характеристика и свойства среднеуглеродистых легированных
сталей и сплавов, подвергаемых лазерной закалке 17
2.2 Оптимизация параметров лазерной закалки 18
2.3 Подготовка поверхности металла к лазерной закалке нанесением
светопоглощающих покрытий различного состава 19
2.5 Металлографические исследования 20
2.5.1 Световая микроскопия 20
2.5.2 Электронная сканирующая микроскопия 21
2.5.4 Контроль распределения микротвёрдости по Микро-Виккерсу ... 22
2.6 Методика определения остаточных напряжений в металле после
лазерной закалки 24
3 Контроль структурообразования в поверхностном слое на этапе
лазерной закалки 27
3.1 Карты технологического процесса термической обработки 27
3.2 Исходная структура и фазовое состояние металла после
нормализации 30
3.3 Влияние упрочняющей объёмной термической обработки на
структурообразование в поверхностном слое при лазерной закалке 32
3.3.1 Фазовые превращения при закалке 32
3.3.2 Фазовые превращения при отпуске 36
3.3.3 Структурообразования при поверхностной лазерной закалке. . 41
3.4 Влияние светопоглощающего покрытия на качество и
интенсивность лазерной закалки без оплавления и с оплавлением поверхности 44
3.5 Результаты структурных исследований после различных режимов
лазерной закалки 49
4 Механические и эксплуатационные характеристики сталей после
лазерной закалки 54
4.1 Анализ дюрометрических исследований 54
4.2 Визуализация распределения остаточных напряжений в металле
после лазерной закалки 61
4.3 Сравнительный анализ механических свойств 64
Заключение 65
Список использованных источников 66
ПРИЛОЖЕНИЕ
Лазерная закалка металлов и сплавов лазерным излучением основано,
на локальном нагреве участка поверхности под воздействием излучения и
последующем охлаждении этого поверхностного участка со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода теплоты во внутренние слои металла.
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 поверхностным
процессом. При этом время нагрева и время охлаждения незначительны,
практически отсутствует выдержка при температуре нагрева. Эти условия
обеспечивают высокие скорости нагрева и охлаждения обрабатываемых поверхностных участков. Вследствие указанных особенностей формирование
структуры, при лазерной термообработке имеет свои специфические особенности.
Основной целью лазерного термоупрочнения сталей, является повышение износостойкости деталей, работающих в условиях трения. В результате
лазерной закалки достигаются высокая твердость поверхности, высокая дисперсность структуры, уменьшение коэффициента трения, увеличение несущей способности поверхностных слоев и другие параметры.
Лазерная закалка обеспечивает наименьшие износ и коэффициент трения. Наряду с этим она характеризуется очень малой приработкой (всего два-три цикла), уменьшением верхних значений числа импульсов акустического
излучения и малым интервалом изменения числа импульсов. Это происходит
вследствие увеличения однородности микроструктуры поверхностного
участка после лазерной закалки.
Выполнен анализ стандартного технологического процесса лазерной
закалки. Выявлены недостатки стандартного технологического процесса, которые заключаются в нерациональной мощности лазерного излучения, недостаточной для достижения требований глубине закаленного слоя.
2 Была разработана методика проведения эксперимента с использованием светопоглащающих покрытий на закаливаемой поверхности. В технологический процесс введена дополнительная операция подготовки для нанесения светопоглощающего покрытия.
3 Опираясь на главные критерии: доступность и приемлемая стоимость
ингредиентов светопоглощающего покрытия был предложен рациональный
состав, состоящий из двух слоев, причем первый слой содержит смесь органического связующего лак АС – 82 с сажей в объемном соотношении 3:1 соответственно, и имеет толщину от 30 до 40 мкм, а второй слой содержит
смесь органического связующего лак АС – 82 с растворителем Р – 647 в объемном соотношении от 1:3 до 4 соответственно, и имеет толщину слоя от 3
до 5 мкм, обеспечивающий равномерно распределенную твёрдость и стабильную глубину закаленного слоя не менее 0,5 мм.
4 Изучив структуру и фазовый состав, поверхностного закаленного
слоя, переходной зоны и основного металла пришли к выводу, что закаленный слой имеет равномерно распределенную высокую твердость и микротвердость, на глубину не менее 0,5 мм, металлическая основа при этом сохраняет необходимые механические свойства (σв = 63,5 кгс/мм2; KCU = 6,4
кгс/мм2; HV = 500 – 800).
5 Предварительная термическая обработка не влияет на поверхностный
упрочнённый слой полученный методом лазерной закалки, однако она обеспечивает механические свойства основного металла, в соответствие с ТКД.
6 Выполнив визуализацию остаточных напряжений после оптимизированного режима лазерного упрочнения, выяснили, что напряжения на поверхности после лазерной закалки по оптимальному режиму минимальные,
присутствуют растягивающие напряжения, но они не превышают 29 у.е. в
основном преобладает компенсирующая зона, в которой растягивающие и
сжимающие напряжения стремятся к нулю.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
