LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

барабанів, виготовлених по базовому варіанту технології, 4000-5000 т – показник стійкості барабанів з лазерним зміцненням), що підтверджено актами впровадження. Розроблена методика може бути використана для визначення режимів лазерного зміцнення різних виробів, практично з любими кутами загострення і виготовлені з інших марок сталей.


ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертації наведено нове вирішення наукового завдання формування за допомогою лазерного опромінення в поверхневому шарі клиноподібних елементів інструментів і деталей машин, виготовлених з вуглецевих і швидкорізальних сталей, зміцнених шарів зі структурами, які мають оптимальний комплекс властивостей і забезпечують гарантовану якість виробів.

Вперше розроблено і реалізовано оригінальний експериментально-теоретичний спосіб визначення оптимальних умов лазерного зміцнення клиноподібних елементів. Він включає два етапи. На першому - експериментально визначаються умови одержання шуканої структури в напівобмеженому тілі і теоретично установлюються відповідні характеристики його теплового стану. На другому - теоретично визначається область оптимальних режимів зміцнення клина. В обраній точці цієї області розраховуються характеристики нагрівання й охолодження матеріалу, які потім зіставляються з аналогічними характеристиками, установленими раніше для напівобмеженого масиву й у такий спосіб уточнюються умови, при яких забезпечується одержання шуканої структури в клині.

Установлено, що в залежності від режимів лазерного опромінення й обумовлених ними параметрів термічного циклу "нагрівання -охолодження" у швидкорізальній сталі утворяться різноманітні структури, які відрізняються ступенем дисперсності, співвідношенням мартенситної, аустенітної і карбідних фаз, мікротвердістю. Серед них оптимальною з точки зору опору абразивному зношуванню, ударним навантаженням, варто вважати високодисперсну структуру, яка має максимальну інтегральну мікротвердість (10,5-11,2 ГПа) і утримує у своєму складі тверді і пластичні фази, відповідно високовуглецевий з підвищеним ступенем тетрагональності, розорієнтований у просторі мартенсит, (30-35%) дисперсних карбідів типу Fe3W3C, VC і (20 – 22%) високолегованого з фазовим наклепом залишкового аустеніту.

Доведено, що оптимальна структура утвориться при лазерному поверхневому нагріванні стали Р6М5 у діапазоні температур 1280-1310С, часу 0,3- 0,35 с, Vo= 6103С/c, що відповідає режиму обробки випромінюванням СО2 лазери для напівнескінченного тіла–потужність випромінювання 1000Вт, діаметр плями фокусування –5мм, швидкість відносного руху–0.8 м/хв. Збільшення чи зменшення температури, як і часу нагрівання, за межами зазначених діапазонів, за рахунок зміни діаметра плями фокусування чи швидкості обробки, приводить до зниження мікротвердості (при V=0,5м/хв-Hm=8,3ГПа; V=0,2м/хв-Hm=7,5ГПа; V=1,0м/хв-Hm=9,3ГПа; V=1,5м/хв-Hm=8,4 ГПа), що обумовлено з однієї сторони розчиненням карбідних фаз, збільшенням стабільності і підвищенням вмісту залишкового аустеніту, з іншого боку - ефектами відпустки і неповного загартування.

Розроблено математичну модель процесу лазерного нагрівання виробів із клиноподібними робочими елементами, за допомогою якої виконаний його параметричний аналіз і встановлено, що на положення максимуму температури щодо ребра клина впливають потужність випромінювання Р, діаметр плями фокусування d0, кут загострення клина j1. швидкість переміщення теплового джерела V, величина зсуву максимуму інтенсивності лазерного пучка щодо крайки клина а*. При цьому найбільш сильно впливають два останніх параметри. Тому керувати тепловим станом клина доцільно змінюючи швидкість обробки V і величину зсуву а*, при стабільних значеннях інших параметрів.

Показано, що оптимізацію процесу лазерного нагрівання клина доцільно здійснювати шляхом находження за допомогою чисельного моделювання граничних значень керуючих параметрів V і а*, які розмежовують області припустимих і неприпустимих режимів опромінення. При цьому неприпустимими режимами варто вважати ті, котрі обумовлюють наступні негативні ситуації: оплавлення власне крайки клину; оплавлення деякої зони, яка знаходиться в межах опроміненої поверхні, але розташована на видаленні від крайки; відрив зміцненої зони від крайки; структура зони лазерного нагрівання біля крайки клина не має заданих властивостей, тому що швидкість охолодження в зоні була нижче критичної для гартування. Критичні значення V і а*, що відповідають цим негативним ситуаціям у сукупності і визначають область оптимальних значень технологічних параметрів.

Установлено, що в поверхневому шарі гострих крайок інструментів, виготовлених із сталі Р6М5 і оброблених при оптимальних умовах опромінення, формуються стискаючі залишкові напруги на рівні 1370 МПа. У зоні відпустки напруги змінюють свій знак і переходять у розтягуючи, плавно зменшуючись у міру видалення від ребра клина.

Структура зміцненого шару сталі, сформована при лазерному опроміненні і яка має оптимальний фазовий склад, забезпечує підвищення зносостійкості зміцнених зразків щодо стандартних в умовах сухого тертя при навантаженні 50 Н и швидкостях ковзання 2,5 м/с для сталі У8 у 1,6-2 рази, для сталі Р6М5 у 2,5-3 рази. При цьому має місце зниження ~ у 2 рази коефіцієнта тертя, підвищення рівномірність процесу зношування, відсутність налипання продуктів зносу на поверхні тертя, відсутність виривів і схоплювання, утворення в приповерхневих шарах поверхонь тертя характерної текстури, орієнтованої в напрямку ковзання.

Результати виконаних досліджень використані при лазерному зміцненні дискових довбяків, виготовлених зі сталі Р6М5, стійкістні виробування яких при нарізуванні зубчастих коліс зі сталі 15ХГН2ТА знайшли підвищення зносостійкості в 2-2,5 рази. Оптимально обрані режими лазерної обробки забезпечують одержання таких розмірів зміцненого шару (на поверхні клина, що опромінюється - 4-5мм, на другій стороні - 1-1,5мм), які при раціонально обраній технологічній схемі зміцнення, забезпечують можливість багаторазового переточування інструментів до повного зносу. Випробування зміцнених матриць вирубних і витяжних штампів в умовах виробництва заводу "Хіммаш" (м.Коростень) знайшли підвищення стійкості штампів у 2-3 рази. При цьому була доведена доцільність застосування для виготовлення деталей штампів замість дорогих твердих сплавів і високолегованої сталі Х12М вуглецевої сталі У8 з лазерним зміцненням.


СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Основні положення дисертації опубліковано в таких роботах:

Головко Л.Ф., Дувейк Джавад, Орешник В.И. Обеспечение качества слоев, полученных лазерной наплавкой или