7.3 Лазерное упрочнение

В ремонтном производстве получают все большее применение высококонцентрированные источники энергии — лазеры. Они используются для придания поверхностным слоям детали повышенной износостойкости.

При лазерной обработке применяются следующие способы упрочнения:

1. Без изменения химического состава поверхности вследствие фазовых превращений при быстром нагревании и последующем охлаждении, а также за счет ударной волны из-за испарения верхних слоев металла;

2. При частичном изменении химического состава поверхностного слоя (т.н. лазерного легирования) путем расплавления последнего и добавления легирующих элементов;

3. Лазерное плакирование посредством нанесения на поверхность восстанавливаемой детали материала, его нагрева, растекания и затвердевания при охлаждении.

Лазерное упрочнение (закалка) стальных и чугунных деталей позволяет повысить их износостойкость. Лазерная закалка актуальна для деталей при их обработке на ремонтный размер. К числу таких деталей относятся коленчатые валы, верхняя часть цилиндров, оси, тормозные барабаны и др. Лазерная закалка шеек коленчатых валов из высокопрочного чугуна обеспечивает глубину упрочнения 0,6–0,7 мм. Микротвердость достигает 8,5 ГПа. Износостойкость шеек валов увеличивается в 1,9–2,1 раза по сравнению с неупрочненными деталями. Лазерные дорожки представляют собой винтовые линии. Режим обработки характеризуется следующими параметрами: мощность излучения равна 0,7–0,75 кВт; диаметр луча в зоне обработки 3,0–3,5 мм; подача луча 35–40 мм/мин; частота вращения детали 4–4,5мин^-1.

Для деталей из стали 40Х износостойкость возрастает более чем в 2 раза по сравнению с ее износостойкостью после обычной закалки.

Поверхностное упрочнение деталей лучом лазера характеризуется рядом особенностей:

1. Упрочнение локальных (по глубине и площади) объемов материала обрабатываемых поверхностей. Получаемая при этом твердость (60–70 НRСэ) на 15–20% и более превышает твердость после термической обработки существующими способами с сохранением исходных свойств материала в остальном объеме;

2. Создание «пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей, при котором не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к отслаиванию и растрескиванию;

3. Отсутствие деформаций обрабатываемых деталей, обусловленное локальностью термообработки, что позволяет практически полностью исключить финишную шлифовку;

Режимы лазерной обработки при проектировании технологического процесса: глубина упрочненного слоя, плотность энергии и микротвердость (принимаются с учетом марки обрабатываемого материала и принятой модели установки).

Контрольные вопросы

1. Назовите виды пластической деформации, применяемые при восстановлении деталей.

2. Какие дефекты деталей устраняют с использованием объемного пластического деформирования

3. Какие дефекты деталей устраняют с использованием поверхностного пластического деформирования

4. Изложите технологический маршрут восстановления поршневых пальцев термогидравлической раздачей.

5. Поясните технологию электромеханической обработки при упрочнении деталей.

6. Поясните технологию дробеструйной обработки при восстановлении и упрочнении деталей.

7. В чем заключается сущность технологии алмазного выглаживания? Назовите примеры ее практического использования при восстановлении деталей.

8. Назовите основные способы упрочнения деталей лазерной обработкой.

9. Изложите технологию лазерного упрочнения восстанавливаемых поверхностей стальных деталей.

10. В чем заключаются технологические особенности поверхностного упрочнения деталей лучом лазера?