Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Поверхностная лазерная обработка сплавов

14.11.2018

При лазерном облучении сплавов в результате сверхвысоких скоростей нагрева и последующего охлаждения происходят специфические структурные и фазовые изменения в материале. Важную роль при этом играют возможность насыщения поверхностного слоя элементами из окружающей среды, рост плотности дислокаций в зоне облучения и другие эффекты.

Виды лазерной обработки различаются плотностью мощности лазерного излучения. Каждый вид характеризуется определенной глубиной измененного слоя, мм: при обработке без фазового перехода — 0,2...0,5; при лазерном отжиге — 0,05...0,10; при обработке с фазовым переходом — 1,2...3,0; в случае применения лазерного легирования — 0,2...2,0.

Лазерная обработка без фазового перехода не влечет расплавления облученной зоны: сохраняется исходная шероховатость обрабатываемой поверхности. Быстрый локальный нагрев поверхности и последующее охлаждение за счет теплоотвода в массив материала приводят к образованию в поверхностном слое стали специфической зоны, имеющей микротвердость, которая в 2—4 раза превышает микротвердость основы (матрицы). При малых плотностях мощности, скоростях нагрева и охлаждения, не превышающих критических значений, может быть реализован режим отжига (отпуска) ранее закаленных материалов. Необходимость такой операции возникает, например, при изготовлении листовых пружин, отбортовке краев обоймы подшипника и т. п.

Лазерная обработка с фазовым переходом отличается большей мощностью излучения, поэтому в облученной зоне происходит плавление материала. Это позволяет добиться значительной глубины упрочненного слоя, поверхность которого имеет характерное для закалки из жидкого состояния дендритное строение.

Лазерное легирование проводят в специальной среде (газообразной, жидкой, твердой). В результате такой обработки на поверхности образуется новый сплав с иными составом и структурой в сопоставлении с матричным материалом. От обычного лазерного упрочнения лазерное легирование отличается тем, что повышения твердости и других эксплуатационных показателей достигают не только в результате структурных и фазовых превращений в зоне лазерного воздействия, но и путем создания нового сплава с химическим составом, отличающимся от состава материала основы. Тем не менее в основе этого нового сплава лежит матричный материал.

Лазерная поверхностная обработка вызывает улучшение многих эксплуатационных характеристик материалов, поскольку на обработанной поверхности образуются «островки» разупрочнения, служащие своеобразными демпферами для возникающих структурных и термических напряжений, а также «карманами» для удержания смазочного материала. Такая топография позволяет существенно повышать износостойкость материала вследствие значительного уменьшения коэффициента трения (порой до 2 раз). У большей части конструкционных сталей и сплавов наблюдается увеличение износостойкости в 3-5 раз после лазерной обработки.

В результате лазерного облучения несколько снижаются такие механические свойства, как временное сопротивление при растяжении и ударная вязкость, в то время как предел текучести практически остается без изменения.

Лазерное упрочнение при легировании приводит к повышению теплостойкости. Так, насыщение алюминиевого сплава АЛ25 железом, никелем, марганцем, медью приводит к увеличению его теплостойкости в 1,5—4 раза, что обеспечивает важные преимущества при производстве двигателей внутреннего сгорания, в которых детали из алюминиевых сплавов работают в условиях повышенных температур.

Лазерное облучение позволяет в широких пределах изменять напряженно-деформированное состояние материала: варьируя условия облучения, можно получать различные остаточные напряжения.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: