Способ лазерного упрочнения стальных изделий

 

Сущность изобретения: способ включает напыление твердого сплава ВК-20 толщиной 0,05-0,1 мм, последующее оплавление лазерным лучом при мощности излучения 120-140 Вт и скорости перемещения детали 150 мм/мин.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 С 12/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГССПАТЕНТ СССР) вей6Э9М

<"::.:-. i: .:.3 йЗ-ЯФ6РИ6И.:,.г Д:."1тк."и;„А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3

СО ()

i@)

4 (21) 4810481/02 (22) 28.02.90 (46) 07.01.93. Бюл. ¹ 1 (71) Пермское приборостроительное производственное объединение (72) В.И.Офер и А.Г.Просвирнин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1259587, кл. В 23 К 26/00, 1985.

Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов, M. Машиностроение, 1989.

Изобретение относится к технологии лазерной обработки.

Известен способ лазерного упрочнения поверхности деталей, при котором лазерному облучению подвергают напыленный плазменным катодом слой материала размерами от 0,2 мм до 1 мм.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ лазерного упрочнения поверхности деталей, при котором на поверхность образцов напыляли слой самофлюсующегося сплава ПГ-СРЗ толщиной 0,7 мм, используя установку плазменного напыления УПУ-ЗД и проводили лазерную обработку.

Недостатком этого способа является большая толщина напыленного покрытия.

При лазерной обработке такого покрытия не происходит перемешивания материала основы и напыленного слоя, что может привести к его отслаиванию или сколу при эксплуатации, к трещинообразованию, к малым значениям микротвердости поверхности детали и недостаточной стойкости детали при ее обработке.

Целью изобретения является повышение микротвердости, износостойкости деБЫ 1786187 А1 (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения: способ включает напыление твердого сплава ВК-20 толщиной 0,05 — 0,1 мм, последующее оплавление лазерным лучом при мощности излучения 120-140 Вт и скорости перемещения детали 150 мм/мин. тали и уменьшения трещинообразования и отслаивания.

Сущность изобретения заключается в следующим.

При лазерном упрочнении стальных деталей, включающем напыление твердого сплава ВК вЂ” 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 ммlмин.

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 мм!мин позволяет избежать высо к и х в нутре н них напряжений в процессе

1786187

Таблица1

Изменение микротвердости по глубине зон лазерного воздействия стали Х12М после ла.зерного облученйя на ЛТН-103 с покрытием ВК-20 при скорости перемещения 150 ммlмин кристаллизации, которые ведут к трещинообраэованию.

При увеличении скорости перемещения облучаемой детали происходит снижение глубины проплавления за счет уменьшения количества энергии, подводимой к обрабатываемой поверхности. Образуется тонкий оплавляемый слой с неровной поверхностью.

Результаты исследования приведены в таблицах N 1 и N. 2, Сопоставительный анализ с известными техническими решениями показывает, что заявленный способ лазерного упрочнения стальных деталей, включающий напыление тв. сплава ВК вЂ” 20 и оплавление лазерным лучом отличается тем, что напылейие твердого сплава осуществляют толщиной 0,05-0,1 мм, а оплавление лазерным лучом проводят при

120-140 Вт и скорости перемещения детали

150 MM/мин, достигая при этом повышения микротвердости, износоустойчивости и качества за счет уменьшения трещинообразования, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного тех, решения и критерию "существенные отличия".

Пример . Проводим лазерную обработку образцов из сталей Х12М и У8 размером 10х 10 х 15мм, На поверхность одной группы образцов из обеих сталей напыляли слой самофлюсующегося сплава ПГ-СР3 толщиной 80-100 мм, используя установку плазменного капыления УПУ вЂ” ЗД с источником питания ИПН

160/600, На поверхность другой группы также из обеих сталей напыляли твердосплавный порошок ВК-20. Проводили лазерную обработку. Для этого использовали установку непрерывного действия ЛТН-103, мощностью 250 Вт и установку импульсного действия "Квант-15" с энергией в импульсе

15 Дж. Изменение распределения плотности излучения по пятну достигали расфокусировкой оптической системы лазерных установок. Послф обработки образцы разреэали вдоль зоны термического влияния и изготавливали шлифы. Исследования проводили на микротвердомере ПМТ-.3 с нагрузкой на алмазную пирамиду 50 Гс и

5 рентгеновском дифрактометре ДРОН-3.

Результаты замеров микротвердости по глубине слоя приведены в табл, 1 и 2.

В ходе исследования выявили, что установка ЛТН-103 более качественно упрочняет

10 поверхность стали, чем облучение на установке "Квант — 15", Максимальное упрочнение поверхности наблюдали при облучении образцов с твердосплавным покрытием ВК20 толщиной 80-100 мкм (см. табл. 1).

15 Использование предлагаемого способа лазерного 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 от30 слаивание напыленного слоя исключено полностью по сравнению с базовым объектом, являющимся прототипом.

Формула изобретения

Способ лазерного упрочнения стальных

35 иэделий, включающий напыление твердого сплава ВК-20 и оплавление лазерным лучом, о тл ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения микротвердости, иэносостойкости и качества эа счет уменьшения трещино40 образования, напыление твердого сплава осуществляют толщиной 0.05 — 0,1 мм, à оплавление лазерным лучем проводят при мощности излучения 120-140 Вт и скорости перемещения детали 150 мм/мин.

1786187

Составитель А. Просвирин

Техред М.Моргентал Корректор И. Шулла

Редактор А. Рожкова

Заказ 233 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Таблица2

Изменение микротвердости сталей У8 с покрытием ВК-20 при облучении на ЛТН-103 с раз личной мощностью излучения