Введение к работе
Актуальность работы.
Одной из актуальных проблем современного машиностроения является разработка эффективных технологий обработки, позволяющих придать деталям необходимые свойства поверхностного" слоя - износостойкость, коррозионную стойкость, теплостойкость и.т.д.
Существенным недостатком применяемых в настоящее время способов обработки поверхности с использованием химико-термической обработки является их длительность, высокая трудоемкость и энергоемкость, низкая экологическая защищенность, так как іч'ігогие технологии предусматривают применение токсичных материалов . Кроме того, объемная химико-термическая обработка создает условил для труднопрогнозируемого короблений детали, а, также, возникают определенные затруднения, если необходимо обеспечить локальную химико-термическую обработку.
Некоторые методы химико-термической обработки не являются финишными и после их применения требуются различные виды дополнительной обработки.
Многие из перечисленных проблем могут быть решены при использовании технологий поверхностной обработки с применением источника высококонцентрнрованнои энергии - лазерных установок, которые позволяют осуществить многие технологические операции, в том числе и химико-термическую обработку- лазерное легирование.
К числу преимуществ всех видов лазерной обработки при лазерном легировании добавляется еще и тот .факт, что изделия могут изготавливаться из широко используемого материала, а дорогие и дефицитные компоненты расходуются только в тонком слое на локальном участке изделия.
Лазерное легирование находит все большее применение в машиностроении как способ повышения износостойкости, коррозионной стойкости и других технологических характеристик. Однако внедрение этой технологии на промышленных предприятиях ограничивается тем, что систематизированных научных положений и экспериментальных результатов по лазерному легированию сталей в настоящее время недостаточно.
Актуальность темы исследований обусловлена необходимостью создания научных основ для разработки технологии лазерной химико-термической обработки ( лазерного легирования) и установления влияния технологических параметров на изменение структуры и свойств поверхностных слоев изделий, подвергнутых лазерному легированию.
Важность изучаемой проблемы обусловило включение ее в состав фундаментальных научных исследований, выполняемых Нижегородским государственным техническим университетом по Единому заказ-наряду Государственного комитета Российской Федерации Высшей школы.
Цель работы.
Целью данной работы является исследование влияния параметров лазерного легирования на структуру и свойства конструкционных и инструментальных сталей и разработка технологии для получения износостойких поверхностей.
Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо было выполнить:
-
Металлографическими и физическими методами исследовать структурные композиции, формирующиеся в поверхностном слое сталей при лазерном легировании;
-
Исследовать влияние толщины нанесенной легирующей обмазки и скорости лазерной обработки на глубину ванны легирования и свойства поверхности стали.
3. Разработать математическую модель кинетики процесса лазер
ного легирования, учитывающую одновременное изменение химического
состава поверхности и изменение ее свойств.
-
На основе созданной математической модели разработать расчетную программу, позволяющую подбирать оптимальные технологические параметры с учетом используемых марок сталей и рекомендуемых составов легирующих обмазок, прогнозировать фактическую величину температуры в каждой точке зоны термического влияния, а также получать расчетный профиль изменения концентрации легирующих элементов по зоне легирования.
-
Произвести оценку работоспособности расчетной программы при выборе параметров лазерного легирования конкретных производственных изделий.
-
Провести сравнительную сценку износостойкости поверхности при легировании различными элементами с целью выбора оптимального варианта обработки. -
-
Разработать промышленную технологию лазерного легирования сталей и провести ее опытное внедрение.
Научная новизна работы заключается в следующих положениях.
-
Экспериментально выявлены качественно новые закономерности по влиянию лазерного легирования порошками VV2B5 _ W, М<, , Cr, Ni на структуру и свойства сталей 45, Р6М5, У8А, 6ХС.
-
Установлено влияние толщины нанесенного легирующего слоя и скорости лазерной обработки на глубину ванны легирования и свойства сталей;
3. Создана математическая модель кинетики процесса лазерного
легирования, учитывающая теплофизические характеристики использо
ванных легирующих материалов и материала основы;
-
Получены математические зависимости, позволяющие расчетным путем определять распределение температуры в пределах зоны термического влияния, определять глубин)' ванны легирования и распределение концентрации легирующих элементов;
-
Проведено исследование эффективности влияния лазерного легирования порошками на износостойкость стати 45.
Практическая ценность работы заключается в исследовании, разработке и внедрении промышленной технологии лазерного легирования, позволяющей изготавливать детали из широко употребляемых в машиностроении недефицитных сталей и обработкой поверхности их для повышения износостойкости.
На основе математической модели создана расчетная программа LASDIV, позволяющая определять необходимые параметры лазерного легирования для получения требуемой структуры и физико-механических свойств поверхности изделий. Программа предоставляет пользователю возможность изменять необходимые Для проведения исследований функциональные зависимости п учитывать значения теплофизнческнх и диффузионных характеристик различных материалов.
Основные положения, представляемые к защите.
-
Результаты исследования структуры и свойств поверхности сталей 45, Р6М5, У8А, 6ХС при лазерном легировании.
-
Экспериментально установленные зависимости влияния толщины наносимой легирующей обмазки и скорости лазерной обработки на размеры ванны легирования и свойства обработанной стали.
-
Математическая модель процесса лазерного легирования и результаты расчета по программе LASDIV геометрических размеров обработанной области поверхности изделия, распределение температуры в зоне термического воздействия и распределение концентрации легирующих элементов по зоне легирования.
-
Экспериментальное исследование износостойкости стали 45 после лазерного легирования различными видами легирующих обмазок и сравнительная оценка их эффективности.
-
Разработанная промышленная технология процесса лазерного легирования.
Апробация работы.
Основные положення и результаты диссертационной работы доложены на межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий" (г.Н.Новгород, нюнь 1995г); на научно-техническом международном семинаре "Современное металловедение для машинострое-
ния" (г.Н.Новгород, 14-15 мая 1996г); на научно-техническом семинаре, посвященном 90-летию со дня рождения академика Аксенова (Н.Новгород, июнь 1996г.); на научно- технической конференции "Проблемы машиноведения" (г.Н.Новгород, 23-24 январь 1997г).
Диссертационная работа доложена и обсуждена на научно-технических семинарах кафедры "Материаловедение и технологии новых материалов" (г.Н. Новгород, июнь 1996г., декабрь 1996г., май 1997г.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы представлены в 11 печатных работах.
Структура и объем диссертации
Похожие диссертации на Формирование структуры и свойств конструкционных и инструментальных сталей при лазерном легировании
