Способ лазерной химико-термической обработки деталей из сплавов на основе алюминия

Авторы патента:

B23K26/40 - с учетом свойств свариваемых материалов

Изобретение относится к технологии ла зерной химико-термической обработки и может быть использовано для изменения физико-химических и механических свойств поверхностей деталей из сплавов на основе алюминия. Целью изобретения является повышение качества за счет увеличения толщины легирующего слоя с равномерным распределением микротвердости. Способ предусматривает нанесение кремнийсодержащей обмазки и последовательную лазерную обработку сначала импульсным излучением с плотностью мощности 1-10 4 1Q5 Вт/см2 и временем импульса 2 5 с, а затем непрерывным - с плотностью мощности 3 103-3 -104 Вт/см2 и скоростью сканирования 30-70 см/мин. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s В 23 К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4635309/02 (22) 12,01.89 (46) 30.09.91. Бюл. № 36 (71) Физико-технический институт АН БССР (72) В.С,Голубев, И.Ю.Куприянова, А,Г.Маклаков, .Л,И,Суленко и К.С.Кузьмин (53) 621.785.5(088.8) (56) Лахтин Ю,M., Коган Я.Д., Подругин В.Н.

Лазерная термическая и химико-термическая обработка. ЦНИИИ и ТЭИ по тяж. и тр. машиностр., М., 1983, с.5 вЂ” 7.

МИТОМ, ¹ 5, 1988, с.24 вЂ” 25. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ (57) Изобретение относится к технологии ла

Цель изобретения вЂ” повышение качества за счет увеличения толщины легирующего слоя с равномерным распределением микротвердости, Детали из алюминиевых сплавов покрывают порошковой обмазкой из кремния, asтем проводят комбинированную лазерную обработку поверхности; вначале импульсным излучением: плотность мощности 1 10 вЂ” 4

10 Вт/см, время импульса 2 10 вЂ” 5 10 . с, затем непрерывным излучением: плотность мощности 3 10 вЂ” 3 . 10 Вт/см, со

3 . 4 2 скоростью сканирования 30 вЂ” 70 см/мин.

Анализ образцов. обработанных при разных режимах показал, что при плотности мощно„„SU„„1680471 А1 зерной химико-термической обработки и может быть использовано для изменения физико-химических и механических свойств поверхностей деталей из сплавов на основе алюминия. Целью изобретения является повышение качества эа счет увеличения толщины легирующего слоя с равномерным распределением микротвердости. Способ предусматривает нанесение кремнийсодержащей обмазки и последовательную лазерную обработку сначала импульсным излучением с плотностью мощности 1 10вЂ”

4 . f 0 Вт/см и временем импульса 2. 10

-3

5 10 c,àaàòåìíåïðåðûâíûì вЂ” сплотностью мощности 3 . 10 -3 10 Вт/см и скоростью сканирования 30 вЂ” 70 см/мин. 2 табл, сти непрерывного излучения более 3 .10

Вт/см, либо при скорости сканирования менее 30 см/мин термические напряжения приводят к образованию трещин на поверхности и соответственно к падению свойств полученного слоя. Плотность мощности непрерывного излучения менее 3 10 Бт/см

3 2 и скорость сканирования более 70 см/мин не обеспечивают стабильного равномерного распределения легирующего элемента в слое. Облучение с плотностью мощности импульса менее 1 . 10 Вт/см2, время импульса менее 2 10 с не позволяет провести достаточно глубокую проработку поверхности. Увеличение плотности мощности свыше 4 10 Вт/см может привес1l1 к

5 2 выживанию обмазки из легирующего элемента в поверхностном слое, Способ иллюстрируется с помощью следующего конкретного примера.

1680471

Таблица 1а

П р и м е ч а н и е. При плотности мощности менее 9 10 легирование и наплавка

4 отсутствует, при плотности мощности более 5 10 происходит

5 полное сгорание порошка.

Проводили обработку цилиндрических образцов ф40 мм из сплава Д 16 на лазерной установки ЛТУ 2M/импульсная ) и на установке "Катунь" (непрерывная). Перед обработкой на поверхность образца наносилась обмазка из порошка кремния (фракция 50 мкм) со связующим (лак НЦ вЂ” 62), После импульсной лазерной обработки при толщинах обмазки из кремния в диапазонах

0,5 вЂ” 0,6 мм получается характерная зона наплавки, где на поверхности присутствуетчистый кремний, оптимальные режимы такой обработки приведены в табл,1а, Таким образом, из табл.1а видно, что слой, с наибольшей толщиной, и как следствие с наибольшим содержанием в нем кремния получается при импульсной обработке в диапазонах плотности мощности 1 10

4 10 Вт/см ивремениимпульса2 10

5 2 -з

-з

5 10 с, Однако, он является неравномерным, с большими колебаниями микротвердости (or 950 вЂ” до 11000 МПа) и является хрупким для того, чтобы его использовать в

,истом виде, Применение импульсного метода Л:ХТО приводит к образованию резко неоднородной структуры поверхностного слоя вЂ” размер частиц кремния, внесенных в ал!оминиеву!о матрицу изменяется от 50 до

5 мкм, распределены они в слое крайне неравномерно. Использование излучения непрерывного лазера позволяет получить более равномерное распределение легирующего вещества в зоне, однако, результаты химического и дюрометрического анализов (табл.2) указывают на значигельно меньшее количество кремния B зоне; чем при использовании импульсного излучения, Уменьшением скорости сканирования лазерного луча по поверхности образца удается добиться увеличения степени насыщения зоны кремния, но возможна сегрегация крупных кристаллов легирующего элемента в переходной зоне "расплав вЂ” твердый металл".

Комбинированная обработка импульсным, а затем непрерывным излучением дает воэможность получить равномерно легированный слой с мел кодисперсной структурой

5 высокого качества.

Обработки слоя, полученного таким образом с помощью непрерывного лазерного излучения позволила получить однородный легированный слой толщиной до 5 мм с

10 очень равномерным распределением микротвердости (2600!200 МПа) и равномерным распределением легиру!ощего элемента кремния. Режимы такой обработки приведены Р табл.1б.

15 Таким образом, можно видеть, что оптимальные свойства при комбинированной обработке получается при использовании импульсного лазерного излучения с плотностью мощности 1 .10 -4 10 Вт/см, время

20 импульса 2 10 вЂ” 5 10 с и непрерывного з . з излучения с плотностью мощности 3 10вЂ” з

3 10 Вт/см со скоростью сканирования

30 вЂ” 70 см/мин, Основные преимущества данного спо25 соба по сравнению с прототипом приведены в табл.2.

Формула изобретения

Способ лазерной химико-термической

30 обработки деталей из сплавов на основе алюминия, включающий нанесение легирующей обмаэки, и последующу!о лазерную обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества эа счет увеличе35 ния толщины легирующего слоя с равномерным распределением микротвердости, лазерную обработку и проводят в две стадии, на первой вЂ” импульсным лазерным из5 лучением с плотностью мощности 1 10

40 4 105 Вт/см и временем импульса 2 10 вЂ” 5 10 с, -IB второй вЂ” непоерывным с

-з плотностью мощности 3 10 вЂ” 3 10

Вт/см со скорость!о сканирования 30-70 г см/мин, а в качестве легирующей обмазки

45 наносят кремний.

1680471

Таблица 16

Параметры легированного слоя: гл ско ости скани ования, см/мм

2 10

Оплавление ил

5 10

Значительная деформация и выг ного в ез льтате

П р и м е ч а н и е. При скорости сканирования 10 смlмин значительная деформация образца, при скорости более 80 см/мин отсутствие равномерного слоя достаточной толщины

Таблица 2

Редактор М.Товтин

Заказ 3271 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Плотность мощности непрерывного излучения, Вт/см

3 10

8, 103

1 - 104

104

4,8/2400

5,0/2500

5,0/2600

4,7/2450

4,7/2430

5,0/2600

4,9/2700

Составитель Е.Кашкарова

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Способ лазерной химико-термической обработки деталей из сплавов на основе алюминия

Изобретение относится к износостойким и трибологически оптимизированным рабочим поверхностям цилиндров

Способ резки пирографита // 2344027

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к способу лазерной резки пирографита, и может быть использовано в приборостроении, преимущественно в электронной технике

Способ соединения монокристалла алмаза с металлом // 2347651

Изобретение относится к области соединения разнородных материалов, в частности к способу соединения монокристаллов алмаза с металлами, и может быть использован для создания различного рода однокристального обрабатывающего инструмента, медицинского инструмента, для создания на поверхности полупроводниковых и иных алмазов электрических контактов с металлом

Способ изготовления плоских пьезокерамических изделий и устройство для его осуществления // 2413337

Изобретение относится к способам и устройствам изготовления плоских пьезокерамических изделий изготовления плоских пьезокерамических изделий

Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов // 2415739

Изобретение относится к способам сварки разнородных металлов лазерным излучением и может быть использовано, в том числе, в области машиностроения

Способ и устройство для сварки деталей из термостойких жаропрочных сплавов // 2466841

Способ резки хрупких неметаллических материалов // 2494051

Изобретение относится к способам резки хрупких неметаллических материалов, в частности кварцевого стекла и других хрупких термостойких материалов. Техническим результатом настоящего изобретения является расширение возможностей способа резки хрупких неметаллических материалов за счет осуществления резки кварцевого стекла и других хрупких термостойких материалов методом ЛУТ. Способ резки хрупких неметаллических материалов включает нанесение локального надреза на краю заготовки по линии реза, нагрев линии реза лазерным пучком и последующее охлаждение зоны нагрева с помощью хладагента при относительном перемещении материала и лазерного пучка с хладагентом. Для обеспечения резки кварцевого стекла и других термостойких материалов нагрев заготовки лазерным пучком осуществляют перед нанесением локального надреза, а нанесение локального надреза осуществляют в зоне воздействия лазерного пучка или сразу за этой зоной. Нанесение надреза осуществляют при относительном перемещении заготовки со скоростью v с временной задержкой по отношению к началу нагрева материала лазерным пучком t, который определяется равенством t=AK/v, где А - половина размера эллиптического пучка в направлении движения или радиус круглого пучка, к - принимает значения в диапазоне 1-2,5. 1 табл., 5 ил.

Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов // 2572671

Изобретение относится к лазерной сварке алюминиевых сплавов и может быть использовано в различных областях машиностроения, судостроения, авиационно-космической промышленности. Сварку деталей осуществляют при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну в среде инертного газа. Лазерный луч и дуговую горелку наклоняют в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей. Лазерный луч фокусируют над поверхностью свариваемых деталей с диаметром пятна на поверхности, равным (0,4÷0,6) мм, впереди точки дугового разряда на заданном расстоянии от нее с пороговой плотностью мощности, необходимой для начала процесса сварки, а по ходу движения лазерный луч наклоняют вперед на угол 8-9°. Дуговую горелку располагают позади лазерного луча под углом 40-50°. Расстояние между центром пятна лазерного излучения и точкой дугового разряда поддерживают равным (0,1÷0,2) диаметра электрода. Изобретение обеспечивает получение стабильного по глубине сварного шва с характеристиками шва, близкими к 1, а также отсутствие таких дефектов как поры, при минимальных энергетических затратах и высокой скорости самого процесса сварки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Способ лазерно-дуговой сварки вертикальных стыков толстолистовых стальных конструкций // 2578303

Изобретение относится к способу лазерно-дуговой сварки толстолистовых стальных конструкций и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Используют гибридную лазерно-дуговую головку. Дуговую горелку располагают перед лазерным лучом по ходу его движения, разделку кромок выполняют Х-образной формы, угол раскрытия которой не более 20° с каждой ее стороны, а притупление составляет от 40 до 50% от толщины заготовок. Сварку притупления Х-образной разделки выполняют за один проход на все сечение притупления, при движении гибридной лазерно-дуговой сварочной головки сверху вниз с расположением лазерного луча перпендикулярно участку поверхности зоны соединения. Последующее заполнение разделки с каждой ее стороны выполняют с поперечными колебаниями лазерно-дуговой головки. Достигается высокое качество сварных соединений за счет повышения прочности, отсутствия несплавлений и уменьшения размеров зоны термического влияния. 1 ил.

Электробритва // 2620317

Изобретение относится к конструкции электробритвы, использующей для бритья лазерный луч. Бритва содержит ручку (12) и бреющую головку (13), выполненные с возможностью перемещения относительно друг друга вокруг оси поворота (16) и/или вдоль оси линейного движения (17). Это перемещение облегчает следование контуру кожи во время бритья, чтобы достигнуть чистого бритья. В ручке (12) расположен лазерный источник, излучающий лазерный луч, а электробритва имеет оптическую систему, содержащую оптические элементы (23, 25, 26, 37, 40, 42) для направления лазерного луча так, чтобы он совпадал с осью поворота (16) и/или был параллелен оси линейного движения (17). Использование изобретения позволяет повысить качество бритья. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.