Обработка поверхности после ЛХТО

Влияние режимов ЛХТО на размеры зон лазерного упрочнения

При обработке поверхности стальных образцов излучением ОКГ в режиме оплавления формируется зона лазерного воздействия, состоящая из зоны расплавленного и быстрозакристаллизованного металла (зона плавления) и зоны, претерпевшей структурные изменения в твердом состоянии (собственно зона термического влияния).

На размеры зон лазерного воздействия при ЛТО и ЛХТО влияют плотность мощности излучения, количество и свойства наносимой обмазки. Технологическими характеристиками, определяющими плотность мощности излучения, являются: энергия импульса лазерного излучения, степень его расфокусированности, наличие телескопической системы в оптической схеме установки.

На рис. 66 показано изменение размеров зоны плавления стали 40Х при борировании в зависимости от энергии импульса при различном количестве наносимой обмазки бора.

Повышение энергии импульса лазерного излучения приводит к увеличе-

нию глубины и диаметра зон плавления и термического влияния.При малых количествах обмазки (плотность нанесения обмазки до 6-7 мг/см^2) зона лазерного воздействия при ЛХТО больше чем при ЛТО вследствие повышенной поглощательной способности поверхности металла, а при достаточно большом количестве обмазки размеры зон плавления и термического влияния уменьшаются в результате возросшего поглощения энергии самой обмазкой. При увеличении количества обмазки в условиях малых энергий импульса размеры зоны расплав ленного металла уменьшаются вследствие

Рис. 66. Влияние энергии импульса на диаметр dпл и толщину hпл зоны плавления при легировании бором стали 40Х для различного количества обмазки rобм(мг/см), DF =0

поглощения энергии самой обмазкой, а при достаточно больших значениях энергии импульса глубина и диаметр зоны плавления больше, чем при ЛТО при аналогичной энергии импульса. Расположение поверхности обрабатываемого образца вне фокальной плоскости выходной линзы оптической системы установки соответственно снижает используемую плотность мощности лазерного излучения в результате увеличения диаметра падающего луча. При этом глубины зоны плавления и зоны термического влияния уменьшаются и становятся более равномерными по сечению.

Лазерное легирование проводят в режиме оплавления, поэтому шероховатость поверхности детали в зоне легирования возрастает. В то же время при ЛТО шероховатость поверхности практически не изменяется. Параметрами, определяющими изменение профиля поверхности в результате импульсной ЛХТО, являются энергия импульса излучения, положение фокальной плоскости выходной линзы оптической системы лазера относительно поверхности образца, а также количество и свойства наносимой обмазки.

При оплавлении образуется кольцевая впадина по краям зоны лазерного воздействия и появляется выступ в ее центре. При увеличении энергии импульса излучения вследствие интенсивного испарения металла высота выступа в центре зоны лазерного воздействия уменьшается, а глубина впадины увеличивается. При больших плотностях мощности излучения ОКГ наблюдается выплеск металла у краев зоны лазерного воздействия. На рис. 67 показано изменение профиля поверхности при лазерном борировании

Рис. 67. Изменение профиля поверхности при лазерном борировании с различной энергией импульса, Дж: 1 - 4,6; 2 - 11,9; 3 - 22,1; 4 - 32,5

с нанесенной обмазкой в количестве 4 мг/см², DF=0.

При малых значениях энергии импульса лазерного излучения шероховатость поверхности увеличивается вследствие налипания вещества обмазки на металл. При больших значениях энергии импульса наличие обмазки уменьшает изменение шероховатости поверхности по сравнению с ЛТО, но у краев зоны лазерного воздействия, где плотность энергии излучения минимальна, происходит местное приплавление обмазки к металлу. Перепад высот может достигать 40 мкм. Расфокусировка излучения ОКГ (DF = ±6 мм) при использовании линзы с фокусным расстоянием 70 мм значительно ухудшает качество поверхности. Перепад высот впадин и выступов в зоне лазерного воздействия достигает 140 мкм, что связано, вероятно, с перераспределением энергии падающего луча, приводящей к выплеску металла в центре зоны лазерного воздействия. Дальнейшая расфокусировка приводит к более равномерному распределению энергии по пятну и к уменьшению шероховатости обработанной поверхности.

Анализ профилограмм зон лазерного воздействия позволяет определить наиболее рациональные режимы ЛХТО и рассчитать припуск на последующую механическую обработку упрочненных поверхностей.

Покрытия, получаемые на стали при ЛХТО и лазерной наплавке, имеют высокую твердость и плохо обрабатываются режущим инструментом из быстрорежущей стали. При обработке твердосплавным инструментом шероховатость поверхности значительна. Применение шлифовальных кругов из белого электрокорунда на вулканитовом связующем или из зеленого карбида кремния на керамическом связующем с последующей доводкой алмазными пастами позволяет получить после ЛХТО поверхность с малой шероховатостью {Rа = 0,08-0,02 мкм). Детали с наплавленными покрытиями можно обрабатывать гексанитовым или эльборовым инструментом.

Дата добавления: 2014-01-04