42. Технологические схемы лазерного упрочнения импульсным и непрерывным излучением.
Импульсное излучение. Фокусирование пучка может производиться как сферической, так и цилиндрической оптикой.
При фокусировании сферической оптикой различают однокоординатное (линейное) и двухкоординатное упрочнение, которое обеспечивается при относительном дискретном или непрерывном перемещении детали и лазерного излучения.
При линейном упрочнении скорость обработки определяется из выражения
где L – длина участка упрочнения; t – время обработки; п – количество импульсов; dП – диаметр зоны облучения; kП – коэффициент перекрытия; kП = s/ dП, s – шаг смещения; f – частота следования импульсов.
При двухкоординатной обработке одним из основных параметров является шаг s относительного перемещения по оси х и шаг s' перемещения по оси у. От соотношения этих шагов, величины зоны лазерного облучения зависит степень заполнения (упаковки) профиля. Возможны четыре схемы реализации обработки.
Для оценки эффективности реализации приведенных схем могут использоваться следующие показатели:
коэффициент заполнения профиля kЗ отражает степень заполнения профиля, подлежащего контурно-лучевой обработке, зонами лазерного воздействия
kЗ = F' / F
где F' – площадь облученной поверхности; F – площадь профиля, подлежащая облучению.
коэффициент использования импульсов kИ представляет собой отношение действительной площади облученной поверхности импульсами излучения лазера к максимальной теоретической площади облучения, которая может быть достигнута воздействием тех же п лазерных импульсов:
Непрерывное излучение. При обработке поверхностей непрерывными лазерами наиболее широко встречаются два случая последовательного наложения упрочненных полос: обработка плоских поверхностей и обработка цилиндрических поверхностей. Как и при импульсной закалке, в данном случае важной характеричтикой является коэффициент перекрытия kП, хотя он лишь немного меньше единицы из-за значительного теплового влияния при наложении полосы на предыдущую полосу.
Обработку плоских поверхностей ведут по двум схемам наложения полос: линейной и клеточной.
Обработку цилиндрических поверхностей ведут по трем схемам: наложение односпиральных полос, наложение двухспиральных полос навстручу друг другу с постоянной осевой подачей S, а также наложение полос вдоль оси по образующей с периодическим вращением детали для смещения на шаг S. По этим же схемам ведут упрочнение внутренних цилиндрических поверхностей. В ряде случаев внутренние поверхности упрочняют, направляя лазерный луч под углом к поверхности, без ввода отклоняющего зеркала внутрь втулки. Также можно использовать параболические и конические зеркала, сканаторы.
43. Износостойкость, коэффициент трения и коррозионная стойкость материалов, упрочненных лазерным излучением.
Основная цель лазерной закалки – повышение износостойкости деталей, работающих в условиях трения. Уменьшение износа деталей после лазерной закалки обусловлено рядом факторов: высокой твердостью поверхности, высокой дисперсностью структуры; увеличением несущих свойств поверхности, уменьшением коэффициента трения и др. Например, в условиях трения скольжения по твердому сплаву стали 45 коэффициент трения после лазерной закалки непрерывным лазером уменьшается на 10% по сравнению с нормализованным или улучшенным состоянием. При этом после лазерной закалки отмечено резкое уменьшение времени приработки.
Заметно увеличивается и износостойкость чугунов в условиях трения со скольжением после обработки непрерывным лазером. Повышение износостойкости чугунов после лазерной обработки обусловлено кроме вышеупомянутых факторов улучшением условий трения из-за сохранившегося в ЗЛВ графита. Повышается также и износостойкость сталей и некоторых других сплавов при трении в щелочной и кислотной средах.
|
Вид обработки |
fТР |
|
Улучшение Нормализация Закалка в печи Лазерная закалка |
0,42 0,44 0,68 0,39 |
Общим принципом повышения коррозионной стойкости сплавов является повышение однородности фазового состава. В этом случае лазерная обработка с оплавлением некоторых сплавов, в частности чугунов, алюминиевых и медных сплавов, аморфизация поверхности приводит к повышению коррозионной стойкости зон обработки.
При лазерной обработке нержавеющих сталей возможно растворение карбидов хрома и более равномерное распределение хрома в твердом растворе, что в результате приводит к увеличению стойкости против межкристаллитной коррозии.
Вместе с мет, повышенная концентрационная неоднородность при лазерной обработке углеродистых сталей, сохранение элементов исходной структуры (феррита или карбидов), наличие остаточного аустенита является предпосылкой ухудшения коррозионной стойкости после закалки лазером. В связи с этим коррозионная стойкость зависит от класса обрабатываемых материалов, режимов и технологических схем лазерной обработки.