Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Сафонова Елена Анатольевна

Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения
<
Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сафонова Елена Анатольевна. Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.16.01 : Москва, 2004 176 c. РГБ ОД, 61:05-5/10

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Анализ состояния вопроса (Обзор литературы по проблеме) 9

1.1. Основные свойства и условия работы инструментальных сталей 9

1.2. Основные причины выхода из строя инструментов при эксплуатации 16

1.3. Повышение работоспособности инструментов методами упрочняющих технологий 22

1.4. Особенности процессов насыщения поверхности инструментальных сталей элементами внедрения: С, N и В 29

1.4.1. Борирование инструментальных сталей. Механизм формирования боридных слоев 30

1.4.2. Карбонитрация инструментальных сталей. Механизм формирования карбонитридных слоев 33

1.5. Взаимодействие лазерного излучения с поверхностью сталей 36

1.6. Особенности фазовых и структурных превращений при лазерном нагреве 44

Выводы по главе 1 53

ГЛАВА 2 Цель работы, материалы и методика исследования 56

2.1. Цель и задачи работы 56

2.2. Исследуемые материалы и методы обработки,. 56

2.3. Исследуемые методы предварительной обработки 51

2.4. Исследуемые методы лазерной обработки 61

2.5.Методы анализа упрочненных слоев 65

2.6. Методы исследования свойств упрочненных слоев и поверхностей 68

2.7. Математическая оценка результатов исследований 75

ГЛАВА 3 Исследование формирования структуры и свойств штамповои стали после комплексного упрочнения поверхности 78

3.1 Формирование структуры и свойств поверхностных слоев штамповой стали при лазерном термоупрочнении 78

3.2 Формирование структуры и свойств поверхностных слоев штамповой стали при комплексном упрочнении 86

3.3 Влияние комплексной обработки поверхности на эксплуатационные свойства штамповой стали... 104

Выводы по главе 3 ПО

ГЛАВА 4 Исследование формирования структуры и свойств быстрорежущей стали после комплексной поверхностной обработки 112

4.1. Формирование структуры и свойств поверхностных слоев быстрорежущей стали при лазерном термоупрочнении 112

4 4.2. Формирование структуры и свойств поверхностных слоев быстрорежущей стали при комплексном упрочнении 118

4.3 Влияние комплексной обработки поверхности на эксплуатационные свойства быстрорежущей стали и режущего инструмента 123

Выводы по главе 4 139

ГЛАВА 5 Выбор рациональных технологических схем упрочнения режущего и штампового инструмента 141

5.1. Выбор режимов лазерного нагрева для получения заданного значения глубины упрочнения и уровня эксплуатационных свойств ... 141

5.2. Разработка рекомендаций по технологии комплексного упрочнения поверхности инструментальных сталей и инструментов 151

Общие выводы 154

Литература 156

Приложения 164

Введение к работе

В отечественных и зарубежных исследованиях показана эффективность многочисленных методов упрочнения инструментальных сталей и изделий из них путем модификации состава и структуры поверхностных слоев инструментов. Это, прежде всего, разнообразные методы химико-термической обработки (азотирование по различным схемам, карбонитрация, борирование, методы КИБ и др.), а также лазерное упрочнение.

Каждый из перечисленных методов является эффективным, с точки зрения повышения работоспособности инструментов. Однако, эти методы уже достигли своих максимальных уровней повышения эксплуатационных свойств инструмента. Так, методы ХТО приводят к образованию небольших по глубине упрочненных слоев. А лазерная обработка имеет ряд технологических проблем. Во-первых, это необходимость применения светопоглащающей обмазки - в процессе взаимодействия лазерного луча с поверхностью металла происходит отражение до 95% энергии. Во-вторых, лазерная обработка сопровождается крайне высокими скоростями нагрева и охлаждения, что может привести к образованию локальных участков сильно обедненного углеродом аустенита.

Все эти проблемы могут быть решены при комплексном упрочнении, совмещающем процессы ХТО с лазерным термоупрочнением.

В многочисленных работах по лазерному упрочнению, проводимых Бровером Г.И., Гончаренко В.П., Коваленко B.C., Крапошиным B.C., Миркиным Л.И,, Рыкалиным Н.Н., Сафоновым А.Н., Угловым А.А. и многими другими исследователями, показана высокая эффективность использования процесса лазерного упрочнения для повышения таких свойств металлов и сплавов, как износостойкость в условиях абразивного изнашивания и трения без смазки, а также показана принципиальная возможность повышения теплостойкости сталей. А применение предварительной ХТО приводит к образованию в поверхностном слое фаз-

упрочнителей [16], что может дать возможность получить при последующей лазерной обработке обогащенный углеродом аустенит.

Целью работы является: разработка таких технологических приемов и процессов, которые с максимальной эффективностью могли бы объединить преимущества стандартных методов термической и химико-термической обработки с поверхностным воздействием лазерного луча, с одновременным решением проблем повышения долговечности и надежности металлопродукции при обеспечении конкурентоспособности на внутреннем и зарубежном рынках.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

исследование влияния режимов обработки поверхности инструментальных сталей излучением непрерывного СОг - лазера, а также предварительной термообработки на характеристики упрочненных зон;

исследование микроструктуры зоны лазерного воздействия и уточнение механизмов повышения твердости после комплексного модифицирования поверхности инструментальных сталей;

разработка на основе проведенных исследований практических рекомендаций по применению процессов комплексного модифицирования инструментальных сталей различного назначения.

При выполнении этих задач для исследуемых групп сталей рассматривались следующие методы упрочнения: объемная термическая обработка (закалка и закалка с отпуском), химико - термическая обработка (карбонитрация и борирование), а также лазерное упрочнение. Перечисленные методы упрочнения исследовали на инструментальных сталях: штамповых (типа 4Х5МФС) и инструментальных (типа Р6М5). Лазерную обработку осуществляли на непрерывных С02 - лазерах.

На защиту выносятся;

зависимости свойств комплексно упрочненных зон
инструментальных сталей от параметров лазерного излучения и типа ХТО;

зависимости глубины и эксплуатационных свойств упрочненных зон от комплексных параметров P/dV0'4 и P/d(dV)0,4 соответственно;

технологические рекомендации по комплексному модифицированию поверхности инструментальных сталей различного назначения.

Научная новизна работы заключена в следующем:

1. Установлены методы ХТО, позволяющие совмещать химически
активные обмазки, служащие одновременно насыщающей средой и
светопоглощающим покрытием для последующего лазерного воздействия.
Такими обмазками могут быть, например, порошок аморфного бора (для
штамповых сталей) или слои, полученные при карбонитрации (для
быстрорежущей стали).

  1. Впервые показано, что предложенное ранее линейное соотношение между глубиной зоны лазерной обработки и параметром PFo0,4~ P/(dV)0,4 (Fo - критерий Фурье тепловой задачи) выполняется для исследованных в настоящей работе инструментальных сталей и для реального инструмента (в ограниченной области значений параметров обработки). Показатели стойкости инструмента после лазерной обработки хорошо коррелируют с комплексным параметром (P/d)Fo0,4 ~ P/d(dV)0,4, пропорциональным максимальной температуре нагрева. Стойкость инструмента имеет острый максимум при определенной величине данного параметра, что позволяет технологу изменять основные параметры нагрева Р, d, V, руководствуясь лишь условием сохранения постоянства параметра P/d(dV)0,4.

  2. Показана роль переходной зоны между основой и упрочненным слоем, в частности, после комплексного воздействия лазер - борирование. Чем шире указанная переходная зона, тем выше основной комплекс свойств стали и инструментов при эксплуатации.

Практическая значимость работы заключается в разработке рекомендаций по технологии комплексного упрочнения поверхности инструментальных сталей с использованием термической, химико-

8 термической и лазерной обработок для повышения комплекса

эксплуатационных свойств инструментов различного назначения.

Автор выражает глубокую признательность к.т.н., доценту Супову А.В,

коллективам кафедры МТ-8 «Материаловедение», кафедры МТ-12

«Лазерные технологии в машиностроении» и кафедры МТ-2

«Инструментальная техника и технологии» за помощь в подготовке

настоящей работы.

Повышение работоспособности инструментов методами упрочняющих технологий

Как уже указывалось выше, любое решение о необходимом сочетании показателей свойств материала штампа является компромиссным. Правильным будет решение, учитывающее конкретные условия работы инструмента и даже ограниченного участка штампа (рабочая кромка), которые определяют преобладающий вид повреждения.

Наибольшая стойкость штампов достигается при таком соотношении параметров температурно-силового воздействия и свойств материала, когда работоспособность связана преимущественно с износом и только небольшим разгарообразованием на поздней стадии эксплуатации. Износ может быть окислительным (нормальный), абразивным и с заеданием (интенсивный). При неблагоприятном соотношении названных факторов происходит интенсивное смятие, раннее разгарообразование или появление крупных термошоковых трещин. Промежуточная стойкость отмечается у штампов, состояние которых к моменту выхода из строя определяется значительным разгарообразованием и истиранием при сопутствующем смятии на отдельных участках. Наиболее сильное изменение формы инструмента наблюдается на участках поверхности (облойный мостик, бобышка), где удельные силы деформирования максимальны. Они зависят от сопротивления деформированию штампуемого материала, формы и размеров облойной щели, теплового эффекта деформации, свойств окалины, скорости деформации. Скорости деформирования для наиболее распространенных машин следующие: для гидравлических прессов 0,01 - ОД м/с, для кривошипных прессов 0,25 - 0,50 м/с, для винтовых пресс-молотов 0,5 - 1,5 м/с, для молотов 4-9 м/с [17]. Увеличение скорости повышает сопротивление деформированию в несколько раз. Преобладающий вид повреждения может изменяться в зависимости от отношения массы штампа к массе поковки: при малом отношении - смятие, при большом - истирание. С увеличением этого соотношения уменьшается средняя температура штампа и относительная толщина поверхностных слоев рабочей кромки, прогретых до высокой температуры. Стойкость растет пропорционально этому отношению. Смена вида повреждения наблюдается и при изменении температурного режима штампа. Например, при недостаточном охлаждении преобладает смятие, а при избыточном резко ускоряется разгарообразование. Стойкость штампов снижается при увеличении массы поковки до определенного значения. Для молотовых штампов эта зависимость сильнее, чем для прессовых, и стабилизация стойкости наступает при большей массе. Поэтому при некоторой массе поковок стойкость прессовых штампов становится выше молотовых. Это объясняется более интенсивным повышением нагрузки на инструмент при штамповке на молотах из-за увеличения массы падающих частей и, соответственно, скорости деформирования. Износ верхнего и нижнего штампов, даже при одинаковой конфигурации, различен. Гравюра нижнего штампа имеет температуру на 50 - 125 С выше верхнего (разница больше при штамповке массивных поковок на прессах) вследствие более продолжительного контакта с поковкой. Чтобы уравнять условия работы, более глубокую полость располагают в верхнем штампе. Молотовые штампы работают в условиях динамического нагружения и малого времени контакта с поковкой. Поэтому теплое гойкость материала может быть принята невысокой, а вязкость и сопротивление пластической деформации (смятию) должны быть повышенными. При массе падающих частей молота до 1 т работоспособность в основном лимитируется износом, а свыше - смятием. Заметное разгарообразование проявляется при большой массе падающих частей. По сравнению с молотовыми прессовые штампы и штампы горизонтально- ковочных машин имеют иные причины выхода из строя. У прессовых штампов резко возрастает роль износа, особенно в случае малых деформирующих сил. При силах более 10 МН проявляются ограничения по стойкости в связи с разгарообразованием и в меньшей мере смятием. Начиная с 15 МН и более нередким становится выход инструмента из строя в результате трещин. Стойкость инструмента горизонтально- ковочных машин при малых размерах заготовки (диаметр до 50 мм) определяется скоростью изнашивания. С увеличением размера (диаметр до 150 мм) у формовочных пуансонов резко усиливается разгарообразование, становится возможным скалывание торцовых поверхностей и смятие, у прошивных пуансонов преобладает смятие и разгар, у пережимных вставок - смятие. В литературе описано множество различных технологий повышения работоспособности инструментов с помощью упрочнения поверхностных слоев. На рис. 1.1 - 1.3 представлены инструменты, упрочненные по различным методам. Одним из направлений упрочняющих технологий является получение на поверхности стали покрытия, существенно отличающегося по химическому и кристаллическому строению от основного металла. К таким методам относятся методы химико - термического упрочнения и методы осаждения или напыления покрытия на поверхность стали.

Методы первой группы хорошо зарекомендовали себя на практике, поскольку позволяют обеспечить повышение срока службы и снизить стоимость материала. Но наряду с хорошими результатами эти методы имеют и ряд существенных недостатков.

Формирование структуры и свойств поверхностных слоев штамповой стали при комплексном упрочнении

Типичное значение интенсивности при термической обработке - 104 Вт/см при желательном поперечнике луча 1 см. Поэтому термическую обработку больших участков производят практически только киловаттными С02 - лазерами. Скорость сканирования определяется толщиной слоя упрочнения и площадью сечения луча и составляет обычно 1 - 10 см/с [5].

Поглощение энергии лазерного излучения и переход ее в тепловую энергию в поверхностном слое, происходящий практически мгновенно, приводят к резкому возрастанию температуры материала в зоне лазерного воздействия. Но одновременно происходит и отток тепла в глубь материала. Распределение температуры на поверхности материала обычно соответствует пространственному распределению лазерного излучения в поперечном сечении луча.

По окончании действия лазерного импульса или перемещения непрерывного лазерного излучения по обрабатываемой поверхности происходит остывание ранее нагретого и расплавленного материала. Высокая локализация теплового воздействия при лазерном облучении приводит к тому, что теплоотвод осуществляется в массив материала. Это обстоятельство играет очень важную роль при обработке металлов и сплавов. Так, в зависимости от плотности мощности лазерного луча и длительности его воздействия на материал можно получить скорости охлаждения материала от 10 до 10 С/с [4]. А это позволяет получить в металлических сплавах закалочные структуры высокой твердости (даже получить аморфные сплавы) и таким образом реализовать технологию лазерной термообработки.

После перехода энергии излучения лазера в теплоту начинается процесс нагрева материала. Поглощенная световая энергия передается от зоны воздействия «холодным» слоям с помощью различных механизмов теплопроводности, из которых, для металлов в интервале температур от сотен до десятков тысяч градусов, основным является электронная теплопроводность [1].

Основной особенностью воздействия лазерного излучения на материал является локальный характер теплового источника, обеспечивающий формирование жесткого термического дикла при поверхностной обработке с высокими скоростями перемещения источника нагрева и высокими скоростями охлаждения материала. Требуемые свойства поверхности при лазерном термоупрочнении получают созданием соответствующего термического цикла с заданными оптимальными параметрами, определяемыми максимальной температурой нагрева, скоростью нагрева, скоростью охлаждения, временем пребывания материала выше характерной температуры и др.

Информация о тепловом состоянии материала в процессе обработки является исходной для анализа геометрии зоны термического влияния, характера и степени фазовых превращений, конечной структуры материала, напряженно-деформируемого состояния, свойств упрочненной поверхности. Основные характеристики упрочненного слоя: микроструктура, твердость, форма зоны лазерного влияния, микрорельеф поверхности определяются количеством энергии лазерного излучения, поглощенной обрабатываемым материалом, и временные характеристики нагрева зависят от энергетических и технологических параметров лучевой обработки: мощности излучения, скорости перемещения луча по поверхности материала, диаметра сфокусированного луча [10].

В зависимости от плотности мощности лазерного излучения термоупрочнение осуществляется как нагревом до температуры плавления (Тпп), так и нагревом ниже ее. Используются уровни плотности мощности лазерного излучения, обеспечивающие локальный разогрев материала до температур Т ТПЛ без заметного испарения материала. При плотностях мощности лазерного луча больших, чем используемые для поверхностного упрочнения, лазерный луч может быть использован для плавления тонких поверхностных слоев металла [11]. Возникающий расплав затем быстро охлаждается. При скоростях охлаждения Ю6 С/с возможно образование новых метастабильных фаз с повышенными эксплуатационными свойствами.

Лазерное термоупрочнение сталей по аналогии с другими видами закалки заключается в формировании на этапе нагрева аустенитной структуры и ее последующем превращении в мартенсит на этапе охлаждения [14]. При лазерной закалке без оплавления поверхности решающей стадией является нагрев, так как при последующем высоко скоростном охлаждении фиксируются превращения при нагреве.

Лазерный нагрев является одним из видов скоростного нагрева [12]. Несмотря на различия физических процессов, лежащих в основе того или иного способа скоростного нагрева (электронно-лучевого, плазменного), всем им присуща общая особенность - фазовые и структурные превращения протекают в условиях, далеких от равновесных, которые описываются диаграммами состояния.

Формирование структуры и свойств поверхностных слоев быстрорежущей стали при комплексном упрочнении

При обработке стали, но по режиму без оплавления поверхности при нагреве, растворение карбидов в достаточной степени не происходит и, соответственно, не происходит насыщения твердого раствора, что и приводит к более низким значениям микротвердости (рис.4.2).

И, наконец, на рис. 4.1 в наблюдается переходная зона, которая вплотную прилегает к исходной структуре. Нагрев здесь происходит ниже температур точки Ас1, поэтому в структуре этого слоя сохраняются нерастворившиеся первичные и вторичные карбиды. Микротвердость этого слоя снижается до НЮо = 750-800, что соответствует величине микротвердости исходной структуры.

Зона закалки из твердого состояния и переходная зона составляют вместе зону термического влияния или ЗТВ. Таким образом, ясно что результаты лазерного термоупрочнения быстрорежущей стали имеют существенные различия для различных исходных состояний структуры. Обработку отожженной стали для достижения наилучших значений микротвердости необходимо проводить при режимах с оплавлением поверхности, что нецелесообразно в том случае, когда речь идет о режущем инструмента, тл . после такой обработки возникает необходимость в заточке инструмента. Обработка предварительно закаленной и отпущенной стали без оплавления поверхности позволяет получить необходимые значения микротвердости. Однако, при такой обработке наблюдается большой скачок микротвердости в области переходной зоны, что может оказывать отрицательное воздействие на эксплуатационные свойства быстрорежущей стали. В качестве комплексной обработки для быстрорежущей стали применялась предварительная карбонитрация и последующая лазерная обработка. Выбор карбонитрации обусловлен следующими факторами: 1) Модифицирование поверхности происходит до лазерной обработки. Модифицирование непосредственно во время лазерной обработки не представляется возможным, т.к. оно осуществляется при режимах с оплавлением поверхности, что неприемлемо для лезвийного инструмента; 2) При карбонитрации на поверхности образуется чернота, позволяющая не использовать поглощающее покрытие, необходимое для подготовки стали к лазерному воздействию, для уменьшения степени отражения лазерного луча; 3) Подготовительная операция. Карбонитрация в данном случае рассматривается как нанесение на поверхность стали «обмазки» содержащей элементы легирования. Вследствие вышеуказанных причин формирование структуры и свойств в поверхностных слоях быстрорежущей стали, как непосредственно после карбонитрации, так и при последующей лазерной обработке, представляет большой интерес. Карбонитрация образцов стали Р6М5 проводилась при 570С в течении 10 минут, в расплаве мочевины и карбоната аммония. Последующая лазерная обработка осуществлялась на лазере МТЛ -2, при мощности 1 кВт и скорости обработки 7 м/мин без оплавления поверхности. Микроструктура стали после карбонитрации по указанному выше режиму представлена на рис.4.4. На поверхности образуется гетерофазный слой, повышенной травимости, который, как известно [66], имеет очень тонкую структуру, в которой не удается выделить отдельные составляющие при помощи оптического микроскопа. Слой представляет собой смесь отпущенного азотистого мартенсита, специальных карбидов типа МеС и Ме6С, а также карбонитридов (когерентно связанных или уже выделившихся) типа Fe2(N, С), Fe3(N, С), Fe4(N, С). Кроме гетерофазного «темного» слоя на поверхности образуется тонкий нетравящийся чисто карбонитридный слой. На шлифах, в силу его крайне малых размеров, он выявлен не был. Глубина этого слоя составляет приблизительно 1 мкм. По мере продвижения от поверхности образца внутрь, количество карбонитридов постепенно уменьшается, что приводит к снижению микротвердости по глубине упрочненного слоя (рис.4.5). Микротвердость снижается с Н5о=1400 в карбонитридном слое до Н5о=НОО в гетерофазиом слое и, наконец, достигает значения микротвердости основного металла. Так как скорость диффузии азота больше скорости диффузии углерода, то азот проникает в более глубокие слои [66]. Поэтому в гетерофазиом слое преобладают нитриды, а в карбонитридном слое - карбиды. По данным металлографического анализа толщина видимого упрочненного слоя составляет около 25 - 30 мкм. Проникновение азота во внутренние слои составляет еще 25-30% от толщины видимого слоя, что, однако, не сказывается на травимости этих слоев. После карбонитрации образцы подвергали лазерному воздействию и проводили металлографичиский анализ структуры. Место съемки микроструктуры было выбрано таким образом чтобы показать переход от карбонитрированной поверхности к поверхности обработанной лазером (рис.4.6).

Выбор режимов лазерного нагрева для получения заданного значения глубины упрочнения и уровня эксплуатационных свойств

Таким образом, полученные зависимости позволяют получать заданную глубину закалки и заданные эксплуатационные характеристики для режущего инструмента, комбинируя основные параметры нагрева (мощность, диаметр и скорость обработки) в зависимости от имеющегося оборудования. При этом изменение параметров обработки не должно выходить за рамки линейной зависимости глубины упрочнения от параметра P/d(dV) . Использование этого параметра представляет определенное удобство для технолога: он обязан поддерживать постоянным произведение основных параметров лазерного нагрева, меняя по своему усмотрению значение каждого из них в зависимости от имеющегося у него источника лазерного излучения (Р), конструкции привода перемещения луча и заготовки (V) и фокусирующей системы (d).

Исходя из материалов, представленных в работе, можно утверждать, что комплексное упрочнение поверхности инструментальных сталей с использованием методов химико-термической обработки и лазерного воздействия может использоваться наряду с другими методами упрочнения поверхности. Этот метод особенно актуален для машиностроительной промышленности, так как позволяет сократить расход дорогостоящих инструментальных сталей благодаря увеличению их срока службы.

Химико—термическая обработка позволяет получить в поверхностном слое большое количество фаз-упрочнителей, позволяющих получать при последующей лазерной обработке обогащенный углеродом аустенит. А лазерное излучение дает возможность осуществить локальную поверхностную обработку участков, наиболее подверженные износу в процессе эксплуатации инструмента и обеспечить более высокие эксплуатационные характеристики рабочих элементов.

Для широкого использования рекомендуется применение лазерных комплексов, включающих в себя непрерывные С02-лазеры и автоматизированные манипуляторы, позволяющие проводить процесс лазерного модифицирования с высокой производительностью. Так, обработка фрезы 018 мм с 4 зубьями на МТЛ-2 лазере занимает 3,6 сек.

Обработка быстрорежущих сталей может производиться на газовых лазерах малой мощности - до 1 кВт, а обработка штамповои стали - до 3кВт.

Комплексное упрочнение поверхности не только позволяет увеличить микротвердости материала в зоне обработки, но и оказывает благоприятное влияние на стабильность материала при термических и ударных нагрузках, а также на такую важную эксплуатационную характеристику инструментальных сталей, как износостойкость.

Так, комплексное упрочнение штамповои стали позволяет увеличить износостойкость стали в 3,5 раза, а комплексное упрочнение режущих инструментов позволяет повысить их износостойкость в 1,6 раза по сравнению с необработанными. В то же время, результаты испытаний на термическую и ударную усталость после лазерного термоупрочнения исследуемых в работе штамповых сталей не позволяют рекомендовать использование этого метода, так как в этом случае лазерное термоупрочнение значительно проигрывает комплексной обработке. Однако, хорошие результаты по микротвердости и износостойкости позволяют рассматривать лазерное термоупрочнение как потенциально перспективный вид поверхностного упрочнения для других классов сталей, не рассматриваемых в рамках данной работы. Общие рекомендации по применению комплексной обработки для модифицирования поверхности штамповои стали и режущего инструмента представлены в таблице 12. 1. Изучены процессы комплексного поверхностного упрочнения за счет совмещения лазерного термоупрочнения инструментальных сталей с методами ХТО. Установлены рациональные методы ХТО и режимы лазерной обработки, сочетание которых обеспечивает наибольший эффект поверхностного упрочнения штамповой стали горячего деформирования и инструментов (фрез) из быстрорежущей стали. Твердость поверхности комплексно упрочненной, как быстрорежущей, так и штамповой, стали составляет 60-64 HRC. Повышение уровня основных эксплуатационных свойств (сопротивление износу, ударная и термическая усталость) после комплексного упрочнения составляет для штамповой стали - 2,5 - 3 раза, а для режущего инструмента - 1,5 - 1,9 раза. 2. Даны рекомендации по рациональному выбору технологических сред для ХТО при комплексном упрочнении. В качестве таких сред для заключительной лазерной обработки следует выбирать вещества, не только обеспечивающие получение активных агентов диффузии при ХТО, но и являющиеся одновременно эффективными светопоглотителями. Такими составами при лазерном борировании является порошок аморфного бора, а для быстрорежущих сталей - слой, полученный при жидкосной низкотемпературной карбонитрации в расплавах неядовитых солей.

Похожие диссертации на Комплексное упрочнение инструментальных сталей за счет совмещения лазерной обработки с процессами химико-термического насыщения элементами внедрения