LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості інструментів та деталей з клиноподібними робочими елементами застосуванням лазерного зміцнення

оплавлення (V=1,5м/хв)- 8,4 ГПа.

Для всіх зразків стали Р6М5 безпосередньо в поверхні виявлена структура, яка


являє собою світлу смугу, травимість якої значно нижче, ніж у вихідної структури.

У зразках стали, оброблених з оплавленням, за світлою зоною, глибина якої зменшується зі збільшенням швидкості обробки спостерігається дрібнозерниста структура з рівновісними зернами. По мірі видалення від поверхні, зерна набувають витягнутої форми. Дрібнозернистий шар переходить у явно виражену дендритну структуру, що утворилася в процесі кристалізації розплавленого металу при спрямовановому тепловідводі. За областю з дендритною структурою виявляється зона зі світлотравимими зернами, на границях яких відзначається велика кількість надлишкової фази, що виділяється у виді широких темних протравлених суцільних границь. У середині зерен також помітне виділення надлишкової фази, але в менших кількостях. З глибиною суцільність границь порушується і спостерігається більш інтенсивне виділення у середині зерен. За зоною оплавлення спостерігається світла зерниста структура, із включеннями часток карбідів як по границях зерен, так і у середині зерен. Травлення цих зерен значно нижче, ніж вихідної структури.

Ймовірно це зв'язано з тим, що в цій області температура нагрівання була близькою до температури плавлення, у результаті чого відбулося значне розчинення карбідів і збагачення твердого розчину легуючими елементами. За цією ділянкою видно темну зону, але яка світліша, ніж вихідна структура. У зернах є включення карбідів у виді світлих часток, навколо яких відзначаються більш світлотравимі

Рис.2.Микроструктура зони лазерного нагріву в сталі Р6М5:d0=5мм;V =

0,2м/хв;Р=1000Вт.


ділянки твердого розчину. Очевидно при нагріванні відбулося часткове розчинення


карбідів і легування твердого розчину. У цій зоні кількість часток карбідів значно вище, ніж у матриці. Виділення великої кількості часток відбулося в результаті відпустки загартованого раніше вихідного матеріалу. Мікротвердість зони відпустки нижче матриці і дорівнює 5,5-5,8 ГПа.

Для зразків сталі Р6М5, обробка яких проводилася при діаметрі фокальної плями d=5мм, максимальна мікротвердість

Рис.3. Мікротвердість зон лазерного впливу в сталі Р6М5 при різних швидкостях обробки (Р=1,0 кВт, d=5мм).


виявлена для режиму обробки з швидкістю руху зразка V=0,8 м/хв і дорівнює 11,2 ГПа (рис.3). Зі зниженням швидкості обробки мікротвердість поверхні зони лазерного впливу зменшується: при швидкості 0,5 м/хв вона дорівнює 8,3 ГПа, при швидкості V=0,2 м/хв - 7,5 ГПа. Підвищення швидкості обробки приводить також до зниження мікротвердості: при швидкості руху V=1,0 м/хв вона складає 9,3ГПа, при швидкості V=1,5м/хв-8,4 ГПа.

Фазовий аналіз зон лазерного впливу показав, що в поверхневому шарі зразків, оброблених у режимі Р = 1000 Вт, d0 = 5мм має місце a - твердий розчин, g- твердий розчин, карбіди швидкорізальної сталі Fe3W3C, карбід VC, оксид Fe3O4 .


Кількість аустеніту визначали методом гомологічних пар. Максимальна кількість аустеніту зафіксована для зразка обробленого з оплавленням і складає 47%. Зі збільшенням швидкості обробки з 0,2м/хв до 1,5м/хв кількість аустеніту зменшується до 22% (рис.4). Це можна пояснити в такий спосіб.

Рис.4.Кількість залишкового аустеніту в зоні лазерного впливу (А,%) у залежності від швидкості обробки при Р=1,0 кВт, d=5мм.


При малих швидкостях обробки (0,2 м/хв, 0,4 м/хв) температура розплавленого металу вище, ніж при швидкостях 1,0 м/хв, 1,5 м/хв, повніше розчиняються карбіди, легованість аустеніту збільшується, підвищується його стійкість, що при охолодженні і гартуванні приводить до підвищеного його вмісту в структурі.


Відносна кількість карбідів у поверхневому шарі приблизно оцінювалася за інтенсивністю ліній Fe3W3C [лінії (511), (422), (331), (440)]. Для зразка, обробленого з оплавленням (V=0,2 м/хв) інтенсивність ліній карбідів максимальна. В міру збільшення швидкості переміщення зразка (з 0,2 м/хв до 1,5 м/хв) інтенсивність ліній карбідів зменшується (рис.5), але все-таки залишається більш сильною, чим інтенсивність ліній карбідів у основі.

Рис.5.Відносна інтегральна інтенсивність ліній карбідів (SIк/IFe) у залежності від швидкості обробки при Р=1,0 кВт, d=5мм.


Таку закономірність можна пояснити тим, що при малих швидкостях обробки (V=0,2 м/хв, V=0,5 м/хв) температура розплавленого металу досягає максимальних значень, час охолодження більше, ніж при високих швидкостях обробки (V=1,0м/хв, V=1,5м/хв). За цей час відбувається виділення карбідів і їхня коагуляція в більшій мері, чим при більш швидкій обробці.

Лазерне опромінення зразків при діаметрі фокальної плями d=4 мм приводить до формування зон, мікротвердість яких підвищується з 8,2 ГПа до 8,4 ГПа, при збільшенні швидкості з 0,2 м/хв до 0,5 м/хв, а потім знижується до 7 ГПа при 1,5 м/хв. Збільшення діаметра фокальної плями (до d=7 мм) при колишній потужності випромінювання впливає на глибину зон лазерного нагріву. Для швидкості V=0,2 м/хв (d=5 мм) вона дорівнює 1,55 мм, при d=7 мм-1,35 мм. Найбільша мікротвердість спостерігається при швидкості V=0,6 м/хв і дорівнює 9,5-10 ГПа. Таким чином треба вважати, що оптимальними с точки зору максимальної мікротвердості структури, характеру її побудови та фазового складу зміцненої сталі Р6М5, є умови зміцнення: d0=5мм,V=0,8 м/хв, Р=100 Вт.

Підвищення мікротвердості структури зони лазерного впливу обумовлено аустенітно - мартенситними перетвореннями, наявністю високолегованого залишкового аустеніту, з яким відбувся фазовий наклеп, наявністю дрібнодисперсних карбідів.

Четвертий розділ присвячено теоретично-експериментальному дослідженню закономірностей змінювання характеристик теплового стану масивних тіл, та об'єктів з обмеженими умовами тепловідводу типа клин в залежності от умов лазерного опромінювання.


Рис.6. Розрахункова схема лазерного нагрівання масивних зразків.



Рис.7. Розподіл температур по глибині в напрямку переміщення зразка із сталі Р6М5.


Для режимів лазерної обробки, які забезпечують отримання оптимальної структури в напівобмеженому тілі, були розраховані й експериментально