Введение к работе
Актуальность темы. Проблема рационального использования углеродистых,легированных и , тем более, высоколегированных сталей, применяемых для' производства деталей машиностроения,режущего инструмента, оснастки и штампов,частично может" быть решена за счет повышения стойкости и надежности их работы. Лазерное упрочнение, локальное легирование,наплавка и другие виды поверхностной обработки материалов, в настоящэе время получают все большее развитие. Лазерное упрочнение существенным образом расширяет и дополняет технологические возможности традиционных, методов обработки материалов за счет локальности и бескоятактностя нагрева,огсуте-вия коробления, высокой. скорости и производительности процесса, возможности обработки труднодоступных мест,закалки металлов, плохо поддающихся традиционной термообработке,получения твердости .недоступной для других методов , отсутствия вакуума и закалочных сред;
В то же время лазерные технологии ess? недостаточно разработаны и изучены,что ограничивает их промышленное использование. Низка надежность и стабильность существующих технологических лазеров; относительно высока стоимость оборудования; недостаточно системных знаний по структурно-фазовым превращениям, - ответственным за упрочнение стали в условиях скоростного лазерного воздействия; отсутствуют сведения о релаксации напряжений упрочненных слоев сталей с различной предварительной объемной термообработкой; отсутствуют достоверные и , в то же время, легко реализуемые тепловые модели лазерной обработки, позволяющие осознанно применять их при разработке технологии; а , также, недостаточна оснащенность средствами я методами автоматизированного контроля качества упрочненного металла.
Цель работа .
-
Изучение воздействия лазерного' излучения газового СОі-лазера на структуру и механические свойства сталей марок У8А,У10А.-ХБГ,9ХС.Х12Ы,Р6М5. '
-
Изучение влияния предварительной объемной териэобработ-.
ки на структуру,свойства и релаксацию напряжений лазерноупроч-ненных слоев.
-
Изучение возможности применения лазерной обработки после диффузионного борирования стали.
-
Создание приемлемой модели теплового поля,возникающего при лазерной обработке,позволявшей достоверно и с высокой скоростью определять глубину упрочненного слоя,скорость остывания по глубине зоны термического воздействия и создание на её основе программы, для ЭВМ, в форме, удобной для работы технологов.
-
Разработка технологии лазерного упрочнения вырубных штампов, режущих инструментов (метчиков), с целью увеличения их ресурса работы.
-
Разработка комплекса "ЛАЗЕР-ЭВМ-Прибор контроля качества".
-
Разработка автоматизированного технологического процесса лазерного упрочнения вырубных штампов с одновременным контролем качества упрочнения.
Методы исследования.
Исследования проводились на образцах,изготовленных из сталей марок У8А,У10А,ХБГ,9ХС,Х12М,Р6Ї.
Лазерная обработка проводилась на С0г -лазерах "ИГДАН" (ЛН2,5-Щ-И2) И ЛАТУС-31.. .
металлографические исследования проводились на оптическом микроскопе "ШЭРНОТ-21", распределение микротвердости по глубине упрочненного слоя определялось на приборе ПмТ-3.
Зрактографичеекие исследования проводились на растровом электронном микроскопе РЭМ-200 и на электронном микроскопе УЭМВ - 100АК на угольных репликах двухступенчатого метода приготовления при ускоряющем напряжении 75 KB и увеличении 6000 кр.17.
- испытания на ударный изгиб проводились на маятниковом копре ЫК-ЗОА. Испытания на растяжение проводились на машине УШ-5. Исследования релаксации напряжений проводились при пошаговом нагружении образцов на релаксометре высокой жесткости. При исследовании влияния лазерной обработки на теплостойкость сталей применялась стандартная методика испытаний по ГОСТ 9265-73. 4
При разработке метода моделирования теплового поля использовались персональные компьютеры IBM PC ХГ/АТ, а для создания методики автоматизированного контроля качества упрочнения - ЭВМ СМ-І420,Ш-1300,система крейт "Камак", графопостроитель Н-307,прибор контроля качества "СКИФ-2".
Научная новизна
-исследовано влияние лазерного упрочнения на структуру и свойства сталей марок У8А.УІ0А,ХБГ,9ХС,Х12М,Р6і5;
-установлено влияние предварительной термообработки на структуру и свойства сталей;
-изучен процесс релаксации напряжений в лазерноупрочнен-ных слоях сталей с изотермической предварительной объемной термообработкой (на примере стали марки ХВГ);
-получены результаты по изменению теплостойкости сталей после лазерной обработки-,
-установлен механизм формирования зоны лазерного' воздействия в металле;
-создана модель тепловых полей,возникающих при лазерной обработке,показавшая хорошую сходимость теоретических расчетов с результатами эксперимента;
-изучена возможность дополнительного лазерного упрочнения диффузионных борирозанных слоев.
Практическая ценность работы.
Разработаны промышленные технологии лазерного упрочнеяігя и контроля качества упрочненных слоев вырубных пташов для нескольких предприятий региона,что позволило повысить стойкость их работы "ь 1,5-2,5 раза На ряде заводов созданы участки лазерной обработки.
Разработана технология изготовления и одновременного упрочнения малинных метчиков.
Разработана программа "LAZER", позволяющая технологу при задании входных параметров лазерного излучения и теплофи-эических характеристик металла получить глубину упрочненного
слоя.
Разработан комплекс "ЛАЗЕР-ЭВМ-Прибор контроля качества".
Основные положения, представляемые к защите.
-Технологии упрочнения сталей марок У8А.У10А, ХВГ, 9ХС, Х12М.Р65Є СОг-лазером.
-закономерности влияния исходной структуры стали марки ХВГ на структуру и свойства лазерноупрочненных слоев.
-повышение твердости и плотности диффузионно- борированных слоев в стали с помощью лазерной обработки.
-увеличение теплостойкости инструментальных сталей при лазерном упрочнении.
- математическая модель лазерной обработки и на ее основе
программа "LAZER" в форме,удобной для работы технологов.
-технология лазерного упрочнения вырубных штампов из указанных сталей.
-технология изготовления и упрочнения метчиков из стали РбШ с использованием лазерной обработки.
- создание комплекса "Лазер-ЭШ-Прибор контроля качества
(ПКК)", позволяющего производить автоматизированный контроль
качества упрочненных слоев.
-автоматизированная технология лазерного упрочнения вырубных штампоа
Апробация работы
Основные результаты работы доложены и обсуждены на' семинаре "Совершенствование методов термической и химике-термической обработки металлов" г. R Новгород, 1988г. ,1989г. ,1991г. на конференции " Новые разработки-и опыт внедрение лазерной техники и технологии." г. Ужгород, 1990 г. ,на Всесоюзной научно-технической конференции "Пути повышения стойкости и надежности режущих и штамповых инструментов, "г. Николаев, 1990 г. ,на XXX научно-технической конференции,секция "Технологии конструкционных материалов и машикоремонта", г. Е Новгород,1990г. на научно-техническом семинаре " Применение лазерных технологий в машиностроении и приборостроении" г. Нахабино, 1991г. , на научно-техническом семинаре " Пути повышения стойкости штампов и формообразущего инструмента" г. Мэсква, 1992г., на научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы,оборудование и оснастка для холодноштамповочного производства" г. Самара,1994г. б
Публикации.
Основные результаты диссертационной работы представлены в 20 печатных работах, материалах конференций, 3 авторских свидетельствах. Список основных из них приведен в конце автореферата
Структура я объем диссертации.
диссертация состоит из введения, пяти глав, разбитых на параграфы, выводов и приложений, содержащих акты об использовании результатов работы,технологические инструкции,математические программы. Общий объем 259 страниц, в том числе 47 рисунков, 22 таблиц. Список используемой литературы состоит из 86 наименований.
Автор выраяает благодарность научному консультанту к.т.н. Гаврилову Т.Н..
