Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов

Поверхностное упрочнение деталей лучом лазера характеризуется рядом преимуществ, а именно:

- упрочнение деталей в местах их износа с сохранением свойств материала в остальном объеме;

- твердость при этом превышает на 15 - 20% твердость после термообработки существующими способами;

- созданием «пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей, при котором не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к растрескиванию, деформированию, отслаиванию и т.д.;

-получение заданных свойств (механических, химических и др.) обрабатываемых поверхностей деталей путем их легирования различными элементами с помощью излучения лазера;

- отсутствие деформаций обрабатываемых деталей, обусловленных локальностью воздействия.

Широкое внедрение лазерного упрочнения в различные отрасли машиностроения обуславливается рядом благоприятных факторов:

- наличием серийного лазерного высокопроизводительного оборудования как импульсного, так и непрерывного действия;

- сравнительной простотой процесса, несложным подбором технологических режимов обработки;

- большой технико-экономической эффективностью, определяемой достоинствами лазерной термообработки и др.

Остановимся более подробно на некоторых методах лазерной обработки

 

Лазерная закалка

При воздействии лазерного излучения тонкий поверхностный слой подвергается термообработке. Высокие скорости нагрева (до 10⁵ -10⁶ С/с) и охлаждения (до 10⁸ С/с) приводят к образованию метастабильных фаз перенасыщенных твердых растворов; может возникнуть аморфная структура – структура металлических стекол, обладающая высокой коррозийной стойкостью и износостойкость.

По сравнению с обычной закалкой, лазерная закалка дает большой эффект.

За рубежом термообработку с помощью CO₂ – лазеров мощностью до 15 кВт применяют в серийном производстве автомобилей:, в авиастроении и в машиностроении.

 

Лазерное легирование

Улучшить эксплуатационные свойства металлов, в том числе износостойкость, можно с помощью лазерного легирования, сущность которого заключается в расплавлении участка поверхности металла вместе с добавляемыми легирующими элементами, предварительно нанесенными не обрабатываемый участок.

По сравнению с известными способами упрочнения (азотирование, борирование, напыление и др.) модификация поверхности легированием при локальном лазерном нагреве и высоких скоростях плавления и кристаллизации обладает целым рядом преимуществ:

- экономией легирующих элементов;

- минимальным объемом финишных механических обработок;

- достаточно хорошей контролируемостью процесса;

- высокой скоростью процесса и высоким качеством изделия и др.

Легирующие добавки (C, Cr, Nr, N, Wc, Co и др.) наносятся на обрабатываемые поверхности в воде и в жидком стекле. Рекомендуется для поверхностного легирования использовать дешевые материалы, как, например, Ст. 3, 45 и др. Глубину проплавления можно менять от 0,05 мм до 5 мм. Распределения микротвердостей различных сталей по глубине, а также подробная методика расчета концентрации легирующих элементов, режимов обработки приводятся в работе.

Лазерное плакирование (лазерная наплавка)

Лазерное плакирование заключается в расплавлении предварительно нанесенного на поверхность детали материала, который затем растекается по ней с последующим быстрым затвердением. Один проход лазера позволяет получать покрытия толщиной 6-7 мм шириной 10 мм при плотности излучения q=10⁴ + 10⁵ Вт/см².

 

Нанесение на поверхность износостойких покрытий

Увеличение срока службы деталей машин можно обеспечить путем образования на поверхности этих деталей, слоев или покрытий обладающих высоким уровнем требуемых свойств, в том числе высокой износостойкостью. Такой путь представляет значительные резервы экономии сырьевых ресурсов. Применение технологии улучшения свойств поверхности расширяет также перспективу проектирования и производства различного оборудования с более высоким уровнем эксплуатационных показателей, что в свою очередь, позволяет сократить потребление энергии и повысить производительность труда.

Наплавка – нанесение слоя расплавленного металла на оплавленную металлическую поверхность путем плавления присадочного материала теплотой кислородно-ацетиленового пламени, электрической или плазменной дуги, лазера и др. – широко используется для восстановления изношенных деталей и создания на поверхности изделия слоя, обладающего повышенной износостойкостью, жаропрочностью и другими свойствами.

Преимущества технологии заключаются в следующем:

• возможность нанесения покрытий большой толщины;

• высокая производительность;

• возможность нанесения износостойкого покрытия на основной металл любого состава;

• возможность повышения эффективности наплавки путем сочетания с другими способами обработки.

К недостаткам технологии наплавки следует отнести:

• ухудшения свойств наплавленного слоя из-за перехода в него элементов основного металла;

• деформация изделия, вызываемая высокой погонной энергией наплавки;

• ограниченный выбор сочетаний основного и наплавленного металла.

Для упрочнения деталей машин, работающих в условиях интенсивного абразивного износа, получили распространение электроды марок Т-590, Т-620.

Толщина наносимого покрытия или упрочняемого слоя зависит от режимов работы узла трения, его назначения, преобладающего вида изнашивания и величины допустимого износа. Значительная часть технологических задач, связанных с необходимостью повышения износостойкости, коррозионной стойкости, жаропрочности, восстановительного ремонта и других, может быть решена при использовании методов металлизации напылением, включающих газопламенную металлизацию, электродуговую, плазменную, высокочастотную индукционную металлизацию и детонационное напыление покрытий.

 

Напыление

Методы металлизации напылением в настоящее время развиваются высокими темпами и находят, все большее распространение, благодаря своим широким техническим возможностям. Напылением можно наносить различные покрытия на детали из самых разных материалов металлы и сплавы, карбиды, бориды, фарфор, органические материалы и др.

Основной материал, на который напыляется покрытие, не испытывает при этом значительного термического влияния. Важным условием успешного применения указанных методов является тщательная предварительная подготовка поверхности детали под покрытие, определяющая прочность сцепления напыленного покрытия с основным металлом. Для удаления с поверхности жиров и масел широко используют промывку растворителями, например, бензином. Для снятия оксидной пленки детали подвергают дробеструйной или пескоструйной обработке

Из существующих методов напыления наибольшими возможностями обладают методы плазменного детонационного напыления, а так же способ электроимпульсного нанесения покрытия.

Катодное распыление (вакуумное распыление) - это распыление в вакууме поверхности напыляемого материала ускоренными ионами и конденсацией распыленных частиц (атомов, ионов) на деталь.

 

Термическое напыление (вакуумное испарение) заключается в нагревании напыляемого материала в вакууме до температуры, при которой давление паров над его поверхностью достигает 1 Па и выше, испарений и последующей конденсации паров на деталь.

 

Ионное осаждение (реактивное вакуумное напыление) осуществляется путем подачи в рабочую камеру небольших количеств активных газов, которые, вступая в реакцию с напыляемым материалом, обеспечивают осаждение на деталь уже готовых соединений.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: