Способ лазерного упрочнения стальных изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХРЕСПУБЛИК 786187 А 1 з С 23 С 12/О ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГССПАТЕНТ СССР) цей 8 ЭЮ.3 йЗ-Я 39506 И ..- Т, (,. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ЛАЗ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛ (57) Сущность иэоб чает напыление т толщиной 0,05 - 0,1 ление лазерным лу чения 120-140 Вт и детали 150 мм/мин РНОГО УПРОЧНЕНИИЙретения: способвердого сплавамм, последующееом при мощностскорости переме вклюВКоплави излущения ехноло(71) Пермское приборостроительное проиводственное объединение(56) Авторское свидетельство СССРйг 1259587, кл. В 23 К 26/00, 1985.Григорьянц А.Г. Основы лазерной обрботки материалов, М.: Машиностроени1989. Изобретение относится к т гиилазерной обработки,вИзвестен способ лазерного упрочненияповерхности деталей, при котором лазерному облучению подвергают напыленныйплазменным катодом слой материала размерами от 0,2 мм до 1 мм,Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ лазерного упрочненияповерхности деталей, при котором на поверхность образцов напыляли слой самофлюсующегося сплава ПГ-СРЗ толщиной 0,7мм, используя установку плазменного напыления УПУ-ЗД и проводили лазерную обработку.Недостатком этого способа являетсябольшая толщина напыленного покрытия,При лазерной обработке такого покрытия непроисходит перемешивания материала основы и напыленного слоя, что может привести к его отслаиванию или сколу приэксплуатации, к трещинообразованию, к малым значениям микротвердости поверхности детали и недостаточной стойкостидетали при ее обработке,Целью изобретения является повышение микротвердости, износостойкости детали и уменьшения трещинообразования и отслаивания.Сущность изобретения заключается в следующим.При лазерном упрочнении стальных деталей, включающем напыление твердого сплава ВК - 20 и оплавление лазерным лучем, напыление твердого сплава осуществляют толщиной 0,05-0,1 мм, а оплавление лазерным лучом проводят при мощности излучения 120 - 140 Вт и скорости перемещения детали 150 мм/мин.При мощности излучения ниже 120 Вт не происходит проплавления, а следовательно, и перемешивания легирующих элементов с матрицей на границе напыленного материала и поверхности детали.При мощности излучения выше 140 Вт происходит уменьшение микротвердости поверхности детали из-за изменения структуры оплавленного слоя, т.к, увеличивается количество интерметаллидов и уменьшается количество карбидов, а карбиды, как известно, повышают микротвердость поверхности.Скорость перемещения детали 150 мммин позволяет избежать высоких вн ренних напряжений в процессе1786187 4 Таблица 1Изменение микротвердости по глубине зон лазерного воздействия стали Х 12 М после ла.зерного облученйя на ЛТНс покрытием ВКпри скорости перемещения 150 мм/мин кристаллизации, которые ведут к трещинообраэованию.При увеличении скорости перемещенияоблучаемой детали происходит снижениеглубины проплавления за счет уменьшенияколичества энергии, подводимой к обрабатываемой поверхности. Образуется тонкий оплавляемый слой с неровной поверхностью.Результаты исследования приведены втаблицах Ь 1 и М 2,Сопоставительный анализ с известнымитехническими решениями показывает, что заявленный способ лазерного упрочнениястальных деталей, включающий напылениетв. сплава ВК - 20 и оплавление лазерным лучом отличается тем, что напылейие твердогосплава осуществляют толщиной 0,05-0,1 мм,а оплавление лазерньм лучом проводят при120-140 Вт и скорости перемещения детали150 мм/мин, достигая при этом повышениямикротвердости, износоустойчивости и качества за счет уменьшения трещинообразования, что позволяет сделать вывод осоответствии заявленного тех, решения икритерию "существенные отличия".П р и м е р . Проводим лазерную обработку образцов из сталей Х 12 М и У 8 размером 10 х 10 х 15 мм,На поверхность одной группы образцовиз обеих сталей напыляли слой самофлюсующегося сплава ПГ-СРЗ толщиной 80-100мм, используя установку плазменного капыления УПУ - ЗД с источником питания ИПН160/600, На поверхность другой группы также из обеих сталей напыляли твердосплавный порошок ВК. Проводили лазернуюобработку. Для этого использовали установку непрерывного действия ЛТН, мощностью 250 Вт и установку импульсногодействия "Квант" с энергией в импульсе15 Дж. Изменение распределения плотности излучения по пятну достигали расфокусировкой оптической системы лазерныхустановок, Послфобработки образцы разреэали вдоль зоны термического влияния и изготавливали шлифы. Исследования проводили на микротвердомере ПМТ-.З с нагрузкой наалмазную пирамиду 50 Гс и 5 . рентгеновском дифрактометре ДРОН-З.Результаты замеров микротвердости поглубине слоя приведены в табл, 1 и 2.В ходе исследования выявили, что установка ЛТНболее качественно упрочняет 10 поверхность стали, чем облучение на установке "Квант - 15", Максимальное упрочнение поверхности наблюдали при облучении образцов с твердосплавным покрытием ВК толщиной 80-100 мкм (см. табл. 1).15 Использование предлагаемого способалазерного упрочнения поверхности детали обеспечивает по сравнению с существующими способами следующее преимущество.Позволяет получить высокое качество и 20 высокую твердость обработанной поверхности, исключить трещинообразование и отсла.ивание напыленного слоя легирующих элементов при минимальной толщине наносимого слоя для проплавления слоя 0,05 мм, 25 Данный способ был применен для упрочнения штампов, в котором эксплуатационная стойкость пуансонов после обработки по предложенному способу возросла в 5 раз, а трещинообразование и от слаивание напыленного слоя исключенополностью по сравнению с базовым объектом, являющимся прототипом.Формула изобретения Способ лазерного упрочнения стальных 35 иэделий, включающий напыление твердогосплава ВКи оплавление лазерным лучом,отл ич а ющийся тем,что,с целью повышения микротвердости, иэносостойкости и качества эа счет уменьшения трещино образования, напыление твердого сплаваосуществляют толщиной 0,05 - 0,1 мм, а оплавлекие лазерным лучем проводят при мощности излучения 120-140 Вт и скорости перемещения детали 150 мм/мин.1786181 Таблица 2 Изменение микротвердости сталей У 8 с покрытием ВКпри облучении на ЛТНс раэ личной мощностью излученияедактор А. Рожкова ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 2 ВНИСоставитель А. ПросвиринТехред М.Моргентал Корректор И. Шулла Тираж ПодписноеПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5