ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

В последние годы в мировой практике промышленного производства для повышения износостойкости и контактной прочности деталей машин, технологической оснастки и инструмента широко применяются методы упрочняющей лазерной обработки, что обусловлено уникальными возможностями лазерного излучения.

Термическое упрочнение (закалка) лазерным излучением заключается в локальном нагреве участка поверхности и охлаждении его со сверхкритической скоростью за счет теплоотвода во внутренние слои металла. Глубина зоны лазерного воздействия зависит от режимов лазерной обработки и для импульсного излучения изменяется от 0,1..0,15 мм при обработке без оплавления до 0,25 мм - при обработке с оплавлением поверхности. Шероховатость поверхности после лазерной закалки может изменяться из-за гидродинамических эффектов в расплаве, изменения объема при фазовых переходах, частичного испарения материала. При закалке без оплавления эти эффекты незначительны или вообще отсутствуют, и шероховатость практически не изменяется по сравнению с исходной. При лазерной обработке с оплавлением шероховатость поверхности может существенно возрастать, что требует применения окончательной механической обработки, в процессе которой упрочненный слой частично удаляется. Величиной, определяющей вид лазерной закалки и соответствующие режимы обработки, является критическая плотность мощности, которая для большинства сталей составляет (3…6) 10 ⁸ Вт/м ². Лазерная закалка позволяет существенно повысить износостойкость упрочненных поверхностей, однако технологические возможности этого метода лазерной обработки ограничены, так как связаны преимущественно с фазовыми превращениями в поверхностном слое.

Более перспективным методом поверхностной обработки является лазерное легирование, заключающееся во введении в поверхностный слой различных элементов или материалов с последующей обработкой лучом лазера, что позволяет получать модифицированный слой с уникальными свойствами. При этом открывается возможность замены дорогих высоколегированных и инструментальных сталей низколегированными и даже обычными углеродистыми. Из многообразия способов введения легирующих элементов компонентов в зону лазерного воздействия наиболее технологичными являются оплавление лазером предварительно полученных покрытий (диффузионных, гальванических, плазменных) и лазерное легирование из обмазок.

Проведенные исследования прочностных свойств боросилицированных и борохромированных покрытий после обработки их лазером показывают, что микротвердость упрочненных таким способом стальных поверхностей возрастает на 20...30 %. Однако небольшая (до 50 мкм) глубина лазерного воздействия не позволяет говорить о высокой эффективности этих покрытий, что подтверждается исследованиями контактной прочности. Легированные таким способом изделия могут успешно эксплуатироваться в условиях невысоких контактных нагрузок, при небольшом числе циклов нагружения.

Для повышения износостойкости рабочих элементов разделительных штампов целесообразно применять разработанную технологию лазерного боросилицирования из обмазок. Рациональные составы обмазок и режимы лазерной обработки позволяют формировать легированные слои с микротвердостью до hv 2300, которые хорошо противостоят ударным нагрузкам, что позволяет применять данную технологию для упрочнения рабочих элементов штампов и пресс-форм, эксплуатирующихся в условиях абразивно-ударного нагружения (износостойкость возрастает до 2 раз). Для повышения износостойкости базовых деталей технологической оснастки разработаны двух- и многокомпонентные составы обмазок на основе соединений хрома и бора, обеспечивающие с высокой степенью надежности прочностные свойства получаемых покрытий и позволяющие повысить износостойкость поверхностей в условиях действия многоцикловых контактных нагрузок в 1,7...2,1 раза по сравнению с типовой термической обработкой.

Дальнейшие перспективы совершенствования технологий лазерного поверхностного упрочнения связаны прежде всего с разработкой научных основ создания многокомпонентных составов обмазок, позволяющих целенаправленно воздействовать на определенные эксплуатационные свойства изделий, и оптимизации режимов обработки, способствующих равномерному распределению прочностных свойств по упрочняемой поверхности.