Способ лазерной обработки стальных изделий

 

Использование: способ позволяет обрабатывать режущий инструмент посредством лазерного излучения. Сущность изобретения: способ включает нанесение легирующего состава, импульсную лазерную обработку с оплавлением и повторную лазерную обработку с плотностью мощности лазерного излучения 50-35 кВт/см при длительности импульса (2-4) -Ю 3 с. 3 табл.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19Р (11Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч (21) 4842416/02 (22) 07.05.90 (46) 30.06.92. Бюл. М 24 (71) Ульяновский политехнический институт (72) Ю.В.Полянсков и А.П,Тамаров (53) 621.793.669.586.5(088.8) (56) Углов А.А. и др. Лазерная обработка инструментальных сталей. — Физика и химия обработки материалов, 1987, ЬЬ 3, с.610.

Изобретение относится к машиностроению, может найти применение в инструментальном производстве, и предназначено для упрочнения рабочих поверхностей режущего инструмента из инструментальных . сталей посредством луча лазера.

Известен способ лазерной обработки, при котором упрочняемая поверхность насыщается легирующим веществом из газовой среды.

Недостатком известного способа является незначительная глубина упрочненной зоны, вследствие чего износостойкость по- . вышается незначительна, Указанный недостаток обусловлен малой глубиной проникновения газовой среды (например, азота) в материал при кратковременном воздействии лазерного излучения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ лазерной обработки стальных изделий преимущественно режущего инструмента, включающий нанесение леги(ярю С 23 С 12/00, 8 23 К 26/00 (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: способ позволяет обрабатывать режущий инструмент посредством лазерного излучения. Сущность изобретения: способ включает нанесение легирующего состава, импульсную лазерную обработку с оплавлением и повторную лазерную обработку с плотностью мощности лазерного излучения 50-35 кВт/см при длительности импульса (2-4) 10 с. 3 табл.! рующего состава и лазерную обработку с оплавлением.

Основным недостатком известного способа является пониженная твердость легированной зоны, обусловленная характером распределения температурного поля по.глу- 4 бине образца. Легированная зона содержит значительное количество (до 30 ) остаточ- р ного аустенита, что на- ряду с другими факторами снижает ее твердость и износостойкость. Нижележащая зона обладает повышенной твердостью благодаря на- 4 греву до температуры закалки иэ твердого состояния.

Цель изобретения — повышение иэносостойкости, Поставленная цель достигается тем, что дополнительно проводят повторную лазерную обработку с плотностью мощности лазерного излучения Wp =(50-35) КВТ/см при

2 длительности импульса т(1,=(2-4) 10 с.

-3

Способ осуществляют следующим.образом.

1744147

Повторное облучение поверхности ла. зерным излучением с плотностью мощности

Wp (50-35) кВт/смэ и длительности им)пульса х„-(2-4) 10 сприводитктому,что в легированной зоне упрочненного слоя (см. прототип) развиваются температуры, не превышающие температуру закалки из твердого состояния. Глубина проникновения изотермы закалки составляет 50-60 мкм, что составляет более половины глубины легированной эоны. Полученное чередование различных по твердости слов в легированной зоне повышает износостойкость поверхности. Более твердый верхний слой сопротивляется истиранию, менее твердый играет роль демпфера. В указанHblx режимах большие значения плотности мощности М/Р соответствуют меньшему значению ти . Снижение плотности мощности

- ниже значения Wp = 35 кВт/см при ти:2

=4 10 с и ниже значения Wp - 50 кВт/см .при и=2 10 с приведетк снижению тол-а щины твердого. закаленного без оплавления, слоя. И наоборот. превышение значений плотности мощности приведет к оплавлению поверхности и снижению.твердости.

Отличие предложенного способа от известного состоит в том, что в предложенном способе проводят дополнительно повторную лазерную обработку при плотности мощности лазерного излучения Wp (50 35) квтуои и длительности импульса t - (2-4) .10 с.

Пример 1. Предлагаемым способом обрабатывали рабочие поверхности инструмента из быстрорежущей стали марки

Р6М5, которые предварительно легировали карбидом вольфрама при помощи лазерного излучения (см. прототип). Глубина эоны легирования составляла h< = 90 мкм, микротвердость Нр - 9,5 ГПа. Использование предлагаемого способа на режимах, указанных в табл.1, позволило повысить износостойкость легированной поверхности в 4;2 раза за счет создания закаленного иэ твердого состояния слоя.

Испытания проводили по схеме "дискколодка" на машине трения МИ-1. В качестве контр-тела использовали образцы-вкладыши иэ стали ЙХ15 в форме колодок(НВ130-170), нагрузка 500Н, скорость скольжения 190 м/мин, время испытаний 180 мин.

При точении стали 12Х18Н10Т. период стойкости резцов, обработанных по предлагаемому способу, увеличился в 1,8 раза по

15 сравнению с резцами, обработанными на режимах прототипа. Скорость резания при этом составляла 30 м/мин, продольная подача 0,3 мм/об, глубина резания 1 мм.

Пример 2, Предлагаемым способом обрабатывали. поверхности инструмента из стали Р6М5К5, предварительно легированные карбидом титана при воздействии лазерного излучения. Глубина эоны легирования составляла h> 110 мкм, микротвердость Н - 9,3 ГПа, Режимы обработки по предлагаемому способу приведены в табл.2., Повышение износостойкости поверхности составило 4 раза. Режимы испытаний прежние (см. пример 1)

Повышение стойкости резцов, обработанных предлагаемым способом при точении стали 12Х18Н10Т, составило 2 раза. по

20 сравнению с резцами прототипа (режимы резания см, пример 1).

Пример 3. Повторной лазерной обработке подвергали поверхности инструмента из стали Р9К5, которые предвари25 тельно были легированы нитридом титана на режимах прототипа. Глубина легирования составила hn - 115 мкм, микротвердость — 9,2 ГПа. Режимы повторной лазерной обработки приведены в табл.3.

30 Испытания на износостойкость по схеме "диск-колодка" (см. пример 1) показали, . что после повторной лазерной обработки износостойкость поверхности повысилась

° более чем в 5 раз.

3S При точении стали 12Х18Н10Т (см. пример 1) период стойкости резцов после дополнительной лазерной обработки увеличился по сравнению с резцами прототипа в 2,2 раза.

40 Технико-зкономическая эффективность предлагаемого способа лазерной обработки стальных изделий заключается в повышении износостойкости рабочих поверхностей режущего. инструмента и повышении пери45 ода стойкости.

Формула изобретения

Способ лазерной обработки стальных изделий, преимущественно режущего инструмента, включающий нанесение легирую50 щего состава и импульсную лазерную обработку с оплавлением, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения износостойкости, дополнительно проводят повторную лазерную обработку с плотностью

55 мощности лазерного излучения Wp = (50-35) кВт/см,при длительности импульса

r - (2-4) 10 с.

1744147

Таблица 1

Таблица 2

Весовые поте и мг

t 10,с

Wp. к8т/см

Прототип

110

23

Таблица 3

Заказ 2171 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТСССР

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

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

Глубина h>®, Микротвердомкм сть H ГПа.

Составитель А.Тамаров

Редактор А.Долинич Техред М.Моргентал Корректор З.Салко

Предлагаемый способ