2.2. Обрабатываемый материал – сталь 40х.

Сталь 40Х – конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,4 % и менее 1,5% хрома. Трудно свариваемая, для получения качественных сварных соединений требуется дополнительные операции. Сталь 40Х склонна к отпускной хрупкости.

Теплофизические свойства обрабатываемого материала:

Температура плавления – 1500 ^оС;

Температура закалки – 860 ^оС;

Температура отпуска – 500 ^оС

Температура критических точек:

Ас₁ = 743 ^оС;

Ас₃( Аc_m) = 815 ^оС;

Аr₁ = 693 ^оС;

M_n = 325 ^оС;

Плотность – 7,82 г/см³;

Удельная теплоемкость – 0,17 кал/г∙град;

Коэффициент теплопроводности - 0,06 кал/см∙с∙град.

2.3. Расчёт параметров обработки

Для решения данной тепловой задачи используется модель мгновенного сосредо­точенного точечного источника тепла, выделившегося на поверхности полупространства (рис. 3.1).

Рис. 2.1. Схема мгновенного сосредо­точенного точечного источника тепла на поверхности полупространства

Процесс распространения теплоты Q мгновенного сосредо­точенного источника, выделившегося на поверхности полупространства в точке А (рис. 2.1), выражается следующим уравнением

, [5, стр. 81] (2.1)

где – величина тепла, выделяемого источником;

а – коэффициент температуропроводности материала детали;

с – удельная теплоёмкость;

- плотность материала;

– время, отсчитываемое от момента действия источника;

R - расстояние от точки приложения источника до точки А, в которой рассчитывается температура :

[5, стр. 81] (2.2)

Коэффициент температуропроводности материала детали :

[5, стр. 81] (2.3)

где – коэффициент теплопроводности материала детали

_{Зоны лазерного воздействия приведены на рис. 2.2.}

Рис. 2.2. Зоны проплавления, закалки и отпуска в поперечном разрезе слоя детали:

R₁ – зона проплавления.; R₂ – зона закалки; R₃–зона отпуска

2.4. Построение кривых термического цикла

Рис. 2.3. Кривые термического цикла при W_и = 10 Дж

R=0

t, с	0	0.04	0.08	0.12	0.16	0.2
T, °C	∞	1050	390	200	150	100

R=0,056см

t, с	0,005	0.01	0.04	0.08	0.16	0.2
T, °C	1200	1500	705	305	163	97

R=0,066 см

t, с	0.005	0.019	0.04	0.08	0,14	0.2
T, °C	756	860	590	290	170	95

R=0,08см

t, с	0.005	0.024	0.06	0.1	0.16	0.2
T, °C	87	500	320	197	159	90

Полученные данные из графиков сводим в таблицу 2.1

Таблица 2.1

R, cм	0	0.056	0.066	0.08
Tm, °C	∞	1500	860	500
tm, c	0	0.018	0.021	0.032
wохл., °C/c	19,2	28,1	10,9

Рис.2.4 Кривые термического цикла при W_и = 20 Дж

R=0

t, с	0	0.06	0.08	0.12	0.16	0.2
T, °C	∞	1185	780	404	290	200

R=0,0707 см

t, с	0.01	0.02	0.06	0.1	0.16	0.2
T, °C	1300	1505	750	400	220	180

R=0,085 см

t, с	0.02	0.03	0.06	0.1	0,16	0.2
T, °C	800	855	600	370	210	170

R=0,102cм

t, с	0.02	0.04	0.06	0.1	0.16	0.2
T, °C	360	505	430	310	185	167

Полученные данные из графиков сводим в таблицу 2.2

Таблица 2.2

R, cм	0	0.0707	0.085	0.102
Tm, °C	∞	1505	855	505
tm, c	0	0.04	0.06	0.058
wохл., °C/c	22,7	17,1	7,1	-

Рис. 2.5. Кривые термического цикла при W_и = 30 Дж

R=0

t, с	0	0.08	0.12	0.14	0.16	0.2
T, °C	∞	1130	608	505	400	300

R=0,081см

t, с	0.01	0.022	0.06	0.1	0.16	0.2
T, °C	800	1508	960	580	340	200

R=0,098 см

t, с	0.02	0.037	0.06	0.1	0,16	0.2
T, °C	630	850	720	495	300	198

R=0,117см

t, с	0.02	0.048	0.1	0.14	0.16	0.2
T, °C	200	504	395	290	275	195

Полученные данные из графиков сводим в таблицу 2.3

Таблица 2.3.

R, cм	0	0.081	0.098	0.117
Tm, °C	∞	1508	850	504
tm, c	0	0,032	0,043	0,07
wохл., °C/c	14,6	14,2	4,8	-

Рис. 2.6. Кривые термического цикла при W_и = 40 Дж

R=0

t, с	0	0.1	0.12	0.14	0.16	0.2
T, °C	∞	1095	800	650	520	395

R=0,0889cм

t, с	0.02	0.03	0.06	0.1	0.14	0.2
T, °C	1290	1507	1100	700	497	350

R=0,108 см

t, с	0.02	0.048	0.08	0.12	0,16	0.2
T, °C	490	840	670	490	370	286

R=0,128 см

t, с	0.04	0.06	0.1	0.12	0.16	0.2
T, °C	420	510	420	390	300	235

Полученные данные из графиков сводим в таблицу 2.4

Таблица 2.4.

R, cм	0	0.0889	0.108	0.128
Tm, °C	∞	1507	840	510
tm, c	0	0,04	0,051	0,082
wохл., °C/c	14,7	11,7	4,3	-

Рис. 2.7. Кривые термического цикла при W_и = 50 Дж

R=0

t, с	0	0.1	0.12	0.14	0.16	0.2
T, °C	∞	1380	1000	800	680	490

R=0,096см

t, с	0.02	0.038	0.08	0.12	0.16	0.2
T, °C	1200	1505	1000	690	500	380

R=0,116 см

t, с	0.04	0.055	0.08	0.12	0,16	0.2
T, °C	800	840	750	580	410	380

R=0,14см

t, с	0.04	0.07	0.1	0.12	0.16	0.2
T, °C	385	495	420	402	380	365

Полученные данные из графиков сводим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5.

R, cм	0	0.096	0.116	0.14
Tm, °C	∞	1505	840	495
tm, c	0	0,043	0,064	0,09
wохл., °C/c	17,9	10,01	3,1	-

Анализируя полученные зависимости следует отметить, что с увеличением энергии теплового источника увеличивается время достижения максимальной температуры, увеличивается время роста зерна.