Способ лазерного упрочнения плоской заготовки


 

C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2537429:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к способу лазерного упрочнения плоской заготовки и может быть использовано для формирования поверхностных слоев материалов путем термообработки. Способ включает воздействие на обрабатываемую поверхность заготовки лазерным лучом с получением закаленного подповерхностного слоя. Одновременно с воздействием лазерным лучом на заданные участки заготовки подают поток охлаждающей среды с формированием незакаленного вязкого подповерхностного слоя, заданную глубину залегания которого регулируют объемом подаваемой охлаждающей среды. В результате получают заготовку с заданной глубиной залегания вязкого подповерхностного слоя материала, что повышает ее эксплуатационные свойства. 1 ил., 1 пр.

 

Предлагаемый способ относится к области машиностроения и может быть использован для формирования поверхностных слоев материалов путем термообработки.

Известен способ поверхностной закалки стали [1, стр.289], осуществляемый, например, высокочастотными импульсами тока с регулируемой глубиной слоя за счет изменения частоты импульсов.

К недостаткам способа относится отсутствие возможности получения в подповерхностном слое вязкого материала.

Известен способ термической обработки материалов [2, стр.6], заключающийся в воздействии лучом лазера, обеспечивающим наибольшую температуру нагрева поверхностного слоя, который при закалке имеет наибольшую твердость.

К недостаткам способа относится неуправляемое повышение твердости подповерхностного слоя материала в зоне облучения.

Наиболее близким к заявленному является способ упрочнения поверхностного слоя сталей [3], заключающийся в воздействии на обрабатываемую поверхность лазерным лучом с получением упрочненного и смягченного слоя.

К недостаткам способа относится отсутствие возможности регулирования глубины залегания вязкого материала, учитывающего условия работы детали в узлах с высоким контактным давлением.

Изобретение направлено на регулирование глубины упрочнения поверхностного слоя с получением заданной глубины залегания вязкого подповерхностного слоя материала, учитывающего требования к эксплуатации изделия, подвергаемого упрочнению.

Это достигаемся тем, что на облучаемую поверхность подают прозрачную для луча охлаждающую среду, количество которой регулируют пропорционально глубине вязкого подповерхностного слоя, не требующего закалки.

Схема осуществления способа приведена на фигуре 1. На материал (например, углеродистая сталь) заготовки 1 подают луч 2 лазера, который производит закалку поверхностного слоя 3. В зону закалки 4 заготовки 1 подают через насадку 5 поток охлаждающей среды 6, например охлажденной углекислоты. Степенью охлаждения слоя 3 управляют через заслонку 7 регулятором 8. В результате на поверхностном слое 3 образуется незакаленный слой 9.

Способ осуществляют в следующей последовательности. Назначают участки заготовки 1, на которых необходимо получить закалку с сохранением вязкого поверхностного слоя 9. Рассчитывают по [2] интенсивность луча 2 и находят скорость его перемещения по слою 9, расход среды 6. Назначают режимы обработки. Подают луч 2 и одновременно - среду 6 в объеме, регулируемом заслонкой 7 от регулятора. Под действием луча 2 и среды 6 на закаленном слое 3 заготовки 1 образуется незакаленный слой 9, обладающий повышенной вязкостью. Луч (или заготовку 1) перемещают вдоль обрабатываемой поверхности со скоростью, обеспечивающей присутствие пятна от луча в течение времени термообработки.

Пример осуществления способа. На лазерной установке с непрерывным излучением по схеме на фигуре 1 упрочняют поверхностный слой плоской заготовки из стали У8А с микротвердостью 3200-3500 МПа.

Плотность мощности излучения составляет 4,8·104 Вт/см2, фокусировка луча ⌀ 3 мм.

Охлаждающая среда - углекислота, подаваемая в зону фокусировки луча из баллона с «сухим льдом» при давлении 0,2 МПа. Скорость перемещения луча вдоль поверхности заготовки 200 мм/мин.

Результаты обработки:

Микротвердость поверхностного слоя (4-4,2)·103 МПа, глубина слоя 18-20 мкм. Микротвердость зоны закалки (7-8)·103 МПа на глубину 300-400 мкм.

Испытания упрочненных пластин на специальной установке при сжатии до 100 МПа не выявили «схватывания» контактных участков и нарушения поверхностного слоя.

Источники информации

1. Справочник металлиста. В 5 т. Т 2 / Под ред. А.Г. Рахштадта и В.А. Брострема. М.: Машиностроение, 1976. - 720 с.

2. Коваленко B.C. Обработка материалов импульсным излучением лазеров. Киев: Выща шк., 1977. - 144 с.

3. Патент Японии JP 2010012570.

Способ лазерного упрочнения плоской заготовки, включающий воздействие на обрабатываемую поверхность заготовки лазерным лучом с получением закаленного подповерхностного слоя, отличающийся тем, что одновременно с воздействием лазерным лучом на заданные участки заготовки подают поток охлаждающей среды с формированием незакаленного вязкого подповерхностного слоя, заданную глубину залегания которого регулируют объемом подаваемой охлаждающей среды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термической поверхностной обработке чугуна и стали, в частности к методам упрочнения с помощью электрической дуги. Для повышения износостойкости деталей машин и различного режущего инструмента осуществляют нагрев изделия электрической дугой переменного тока с прямоугольной формой импульсов, при этом регулируют тепловложение дуги путем изменения силы или частоты тока в положительной и отрицательной полуволнах тока с изменением их продолжительности, что позволяет в каждом конкретном случае в зависимости от изделия получить желаемую глубину закаленного слоя с нужной шириной закаленной полосы при максимальной производительности.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения сопротивления усталости способ изготовления нержавеющей мартенситной стали содержит этап электрошлаковой переплавки слитка упомянутой стали, а затем этап охлаждения упомянутого слитка.

Изобретение относится к области металлургии, в частности способу изготовления горячекатаной стальной ленты толщиной 2-12 мм из низколегированной стали с содержанием углерода 0,04-0,08 вес.% и содержащем также ниобий и титан.
Изобретение относится к способам защиты поверхности деталей во время их термической обработки. Способ защиты поверхности металлических деталей при нагреве в печах включает помещение деталей в емкость, засыпку их стружкой, закрывание емкости крышкой и нагрев.
Изобретение относится к области термической обработки быстрорежущих сталей и может быть использовано преимущественно для термической обработки длинномерного инструмента и инструмента сплошной формы.

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей и может быть использовано для упрочнения рабочих трущихся поверхностей рельс и колес подвижного состава, в частности изобретение относится к способу упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар.

Изобретение относится к области индукционного нагрева и термообработки деталей сложной формы, при проведении которой используют комбинацию различных режимов индукционного нагрева, характеризуемых различными частотами тока.

Изобретение относится к производству профилированной проволоки из низколегированной углеродистой стали, предназначенной для использования в качестве компонента в гибких трубах для морской нефтедобычи.
Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в создании защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой, и увеличении времени работоспособности его при нагревах до 1250°C.

Изобретение относится к области металлургии. Способ термической обработки заготовок под холодную пластическую деформацию, преимущественно для сталей с машин непрерывного литья, предусматривает аустенитизацию при температуре Ас3+(100-150°С), выдержку, охлаждение со скоростью более 20°С/мин до температуры 680-700°С, диффузионное превращение переохлажденного аустенита при различных температурах по схеме 680-660-640-600°С с выдержкой при каждой температуре 60-80 минут с завершением охлаждения на воздухе.
Изобретение относится к способу лазерной сварки тонкостенных труб и может найти применение в различных отраслях техники. Осуществляют воздействие лазерным лучом на подлежащие соединению кромки свариваемых труб.
Изобретение относится к способу лазерной сварки встык листов из стали с содержанием бора 1,3-3,6%, в частности листов из борсодержащей стали 04Х143Р1Ф-Ш, и может найти применение для изготовления сварных изделий и труб с повышенными требованиями к поглощению нейтронного излучения для объектов атомной энергетики.

Изобретение относится к способу и устройству для обработки подвижной подложки при помощи лазера для получения в результате обработки материала, отделенного от подложки.

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения и восстановления деталей машин и механизмов. На подложку газопорошковой лазерной наплавкой наносят самофлюсующиеся порошки системы NiCrBSi, после чего осуществляют отжиг при температуре 1000-1075°C в течение 1-3 часов.

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. .

Изобретение относится к области обработки лучом лазера преимущественно металлических материалов больших толщин, в частности к способу и установке для газолазерной резки.

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к способам и устройствам для лазерного раскроя металлических листовых материалов, и может быть использовано в атомной технике, а также в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к оптическим технологиям, в частности к лазерным методам формирования на подложках структурных образований нано- и микроразмеров для нано- и микромеханики и микроэлектроники.
Изобретение относится к способам сварки соединений из алюминия и алюминиевых сплавов и может быть использовано при производстве легких металлоконструкций в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к лазерной сварке двух стальных деталей (1, 2) и может быть использовано в автомобилестроении. Лазерный луч (3) и металлическую присадочную проволоку (4) непрерывно перемещают вдоль соединительной линии между двумя деталями (1, 2) таким образом, что этот лазерный луч (3) непрерывно плавит металлическую присадочную проволоку (4) так, чтобы образовывать непрерывный сварочный шов (5) между двумя деталями (1, 2). Защитный газ вдувают на сварочный шов. Защитный газ представляет собой сжатый воздух, свободный от газов, отличающихся от тех, что содержатся в окружающем воздухе. Устройство содержит форсунку для вдувания воздуха, присоединенную к источнику сжатого воздуха. В результате предотвращается образование пористости сварных швов и, соответственно, повышается качество сварных деталей. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх