6. Параметры режима лазерного облучения, используемого для обработки материалов

Активная среда	А, мкм	Режим работы	Мощность, Вт	v, Гц	т-10 3S с
Твердотельный лазер
Рубин	0,6943	Импульсный	20	2	0,3-6
Неодимовое стекло	1,06	То же	25	1	0,5-10
Алюмоиттриевый гранат с неодимом	1,06 1,06	То же Непрерывный	200 300	100 -	0,1-10 -
Газовый лазер
	10,6	Импульсный	500	1000	0,1-1000
	10,6	Непрерывный	2000	-	-
Аг	0,49	То же	50	-	-
Аг	0,51	То же	50	-	-
	0,337	Импульсный	-	1000	0,01

Эффективность лазерного термоупрочнения зависит от способности материала превратить энергию лазерного излучения в тепловую. Количество поглощенной энергии зависит от отражательных свойств материала, наличия оксидных пленок, температуры и длины волны лазерного излучения. Чем меньше длина волны, тем лучше поглощается энергия. С уменьшением электрической проводимости и увеличением параметров шеро­ховатости поглощение энергии лазерного излучения увеличивается; поглощающая спо­собность материала повышается до 70 %.

Фосфатирование поверхности - наиболее эффективный способ увеличения погло­щательной способности поверхности при лазерном облучении (табл. 9.7). При лазерной закалке центр закаленной зоны имеет черно-синий цвет, а края - серый.

6. Влияние видов покрытия на лазерное упрочнение поверхности заготовки из стали 40х

Метод обработки поверхности	Толщина пленки, мкм	Состояние закаленной зоны металла
		глубина, мм	микротвердость, МПа
Фосфатирование марганцевое	8 ... 10	0,43 ... 0,5	5000 - 8000
Воронение	5 ... 10	0,35 ...0,44	6000
Цинковый фосфат	3 ...5	0,28 ... 0,35	5000
Аморфный фосфат	1 ...2	0,2... 0,3	6500
Алюмохромофосфатные покрытия	50 ... 80	0,4 ... 0,45	6000
Черное хромирование	5... 10 1	0,35 ...0,45	6200

Количество таких легируемых элементов, как хром, марганец или молибден, влияет на закаливаемость; повышение микротвердости в зоне лазерного влияния наблюдается у сталей при малой дозе легирования.

Обработку непрерывным лазерным излучением ведут при определенной скорости сканирования луча по поверхности. С ростом плотности мощности и уменьшением от­носительных скоростей перемещения луча скорости охлаждения падают. В результате закаленная структура отпускается и твердость уменьшается. Максимальная твердость поверхностного слоя будет при достаточно высокой скорости охлаждения. Однако при низких скоростях перемещения луча увеличивается глубина закаленного слоя. Следова­тельно, режимы лазерной обработки оптимизируют в зависимости от требуемых функ­циональных свойств. Оптимизация режимов лазерного облучения приведена на рис. 9.19 и 9.20 для заготовок из стали 40 ХН.

Лазерная обработка заготовок из инструментальных сталей

Упрочнение режущего инструмента локализовано в режущих кромках, Малообъем- ность кромки затрудняет теплоотвод в материал заготовки. Оптимальный режим импульс­ной обработки достигается при облучении энергией излучения на 2 ... 3 Дж ниже E_yv. При непрерывном излучении подбирается энергия для каждой марки стали, при которой обес­печивается небольшое оплавление поверхности заготовки. Предварительная обработка поверхности лазером, энергией на 5 ... 7 Дж меньше оптимальной, улучшает равномер­ность поглощения энергии при повторном облучении. Аустенитные и ферритные стали, не обнаруживающие -фазовые переходы, не подвергаются закалке лазером.

Рис. 9.19. Зависимость микротвердости Н_ц зоны нагрева от скорости v при интенсивности излучения 3530 (кривая 7); 5080 (кривая 2); 6272 (кривая 3) и 7938 Вт/

Рис. 9.20. Зависимость глубины z упрочненного слоя от скорости обработки v при интенсивности излучения 3530 (кривая 1); 5080 (кривая 2); 6272 (кривая 3) и 7938 Вт/см² (кривая 4)

Лазерную закалку рекомендуется проводить в различных газовых средах (аргона, азота, углекислого газа). В одних случаях это предохраняет поверхность от обезуглеро­живания, в других, наоборот, насыщает углеродом, азотом и другими легирующими элементами.

Оптимальные режимы обработки заготовок из инструментальных стадей для лазер­ных установок серии «Квант» даны в твбл. 9.8.

При обработке фрез (из 8Х6ВФ, РФ1, Р6М5 и др.) лучом лазера их стойкость воз­растает в 1,5-2 раза; заготовки из стали Р18Ф2К8М обрабатывают при плотности энер­гии 4 Дж/мм² и4 = 2мм (табл. 9.9).

Основные требования, предъявленные к стали для изготовления штампов, - высо­кая износостойкость, теплостойкость, ударная вязкость. Создание оптимальных свойств поверхности зависит от исходной микрогеометрии, твердости и т.д. (табл. 9.10).

Качество обработки штамповых сталей импульсным излучением можно повысить повторным облучением (табл. 9.11).