Технология лазерной закалки

Один из методов поверхностной обработки материалов - лазерная термическая обработка (закалка).

Лазерная закалка основана на быстром нагреве зоны обработки выше температуры фазового перехода и последующем охлаждении за счет теплоотвода во внутренние объемы материала. В результате в поверхностном слое образуется специфическая высоко-дисперсная структура, имеющая микротвердость в 2—4 раза превышающую твердость основы.

Лазерную закалку обычно делают при  1 000  – 10 0000 Вт/см2. При этом сам процесс закалки происходит за счет интенсивного отвода тепла вглубь металла - процесс самозакалки.

Лазерная закалка различных сталей

Заэвтектоидные стали рекомендуется упрочнять используя режимы, обеспечивающие получение структур с нерастворёнными карбидами, т.е. процесс лазерной термообработки необходимо проводить с наибольшими скоростями охлаждения. Для этих сталей эффективной считается импульсная закалка с оплавлением поверхности. В среднеуглеродистых легированных сталях типа 40Х, 38ХМ, 65Г, при обработке с минимальным оплавлением, твердость получается выше, чем в среднеуглеродистых сталях без легирующих элементов. Для получения наибольшей твердости в высоколегированных сталях, рекомендуется упрочнять их при малой длительности лазерного излучения. Высоколегированные инструментальные стали типа Х12 и Р18 рекомендуется обрабатывать в узком интервале режимов лазерной обработки, при которых в мартенсите содержится достаточное количество углерода, а растворение карбидов находится в начальной стадии. При лазерной термообработке чугунов образуется зона оплавления и зона закалки, а переходная зона выявляется редко. При обработке с оплавлением, графит растворяется в расплаве, а после охлаждения в зоне оплавления формируется структура белого чугуна. Упрочнять чугуны следует при невысокой плотности и небольшой скорости обработки.

Эксплуатационные преимущества лазерной закалки

Эксплуатационные преимущества лазерной закалки сталей основываются на комплексном улучшении износостойкости, теплостойкости, триботехнических и механических свойств поверхностного слоя. В таблице приведены результаты испытаний на изнашивание стали ШХ 15 в зависимости от вида химико-термической обработки.

 

Обработка

Линейный износ образца,

мкм

Относительная стойкость

образца

Суммарный линейный износ

пары трения, мкм

Объемная закалка (HRC45)

23,0

0,087

46,43

Лазерное термоупрочнение

(НRC60)

2,45

0,816

54,96

Карбидизация (HRC61)

2,00

1,0

54,17

Борирование (HV1600)

3,00

0,667

72,00

Азотирование (HV1000)

2,66

0,752

112,66

 

Лазерная закалка позволяет снизить износ в парах сухого трения и абразивно-масляной среде. Таким образом, наименьший износ в исследованных условиях изнашивания получен после лазерного термоупрочнения и карбидизации. Однако с точки зрения энергетических затрат, а также затрат на расходные материалы, трудозатрат, длительности технологического цикла лазерная обработка является наиболее эффективным методом упрочнения.