Введение к работе
Актуальность проблеми. Лазерная закалка находит все большее применение в машиностроении как новый способ поверхностного упрочнения и повышения износостойкости сталей.
Однако, несмотря на значительный положительный эффект, внедрению лазерной'технологии препятствует недостаточная технологическая прочность закаленной зоны, характерная для сталей с содержанием углерода более 0,6%. Наиболее часть»,! проявлением низкой технологической прочности является возникновение в упрочненном слое относительно массивных деталей хрупких меккристаллитных трещин, которые по ряду признаков можно отнести к замедленному разрушению закаленной стали.
В настоящее время вопрос о технологической прочности зоны лагерного воздействия при лазерном термоупрочнении сталей является недостаточно изучению.!, так как основное внимание з исследованиях уделялось оптимизации эксплуатационных характеристик упрочняемых сталей.
Из литературных дачных известно, что наибольшее влияние на замедленное разрушение закаленной стали оказывают ее структурное и фазовое состояние, содержание водорода и уровень внутренних напряжений в стали. Однако эти результаты получены, главным образом, для условий сварки и объемной закалки сталей, которые существенно отличаются от условий лазерной термообработки как по масштабному фактору, так и по степени однородности структурного состояния стали. Практически не. изученным является вопрос влияния малых количеств (1...6%) насыщенного водородом остаточного аустенита на склонность сталей к трещинообразованию в условиях лазерного термического цикла.
Актуальность теш исследований обусловливается необходимостью создания научных основ для разработки режимов процесса лазерного гермоупрочнения, обеспечивающих предотвращение образования поверхностных трещин в упрочняемых деталях.
Цель работы. Установление закономерностей насыщения остаточного аустенита водородом, исследование влияния насыщенного водородом аустенита на возникновение трещин в зоне лазерного воздействия и разработка на основе этого способа предупреждения трещинообразоБания.
Методы исследования
Исследования проводили на углеродистых сталях марок 20, 45, 65, 80 и на стати бейнитного класса 18Х2Н4МА. Для изготовления, лазерного упрочнения и натурных испытаний деталей использовали стали марок 40Х и 65Г.
. При изучении микроструктуры сталей, а та:ске при испытаниях
твердости, кратковременных механических свойств и износостой
кости применяли стандартные обраэии, методик»! и сершшо изго-
тавливаемое оборудование. ,
Содержание остаточного аустенита б закаленной стали опреде
ляли на рентгеновском дк^рактсметре ДР0Н-Зг а также ка магни
тометре МАГ-74Б. . .
Содержание водорода.в образцах определяли методами вакуум-плавления и вакуум-нагрева с газохроматсграфическим скончанием. В последнем случае предложен новый способ экстракции водорода.
Научная новизна работы.
-
Экспериментально выявлена качественно ковал закономерность трещнообразования при лазерной закалке углеродисты;: сталей в зависимости от содержания в структуре закаленной зоны остаточного аустенита. Установлено, что склонность сталей к трещинообразованию максимальна при содержании остаточного аустенита в количестве 3...5% и существенно уменьшается лн-бо при отсутствии остаточного аустенита, . либо при его со-дердании свыле 10,
-
Разработана математическая модель диффузионного перераспределения водорода в процессе r~t< превращения. Численными расчетами показана возможность многократного позьнекия со-дер;кания водорода ь зоне лазерного воздействие и е остаточном аустените по сравнению со срзднеобгемной концентрацией.
-
Установлено функциональное соотнесение, евлгываюаеэ допустимее содержания остаточного' аустенита и водорода в закаленной стали, обеспечиваощие минимальную вероятность возникло-, вения поверхностных трещин при лазерной закалке.
4. Разработан способ более полной-экстракция дкйу/зионко-под-
видного водорода из засаленной стали, кскяючаїїдий неконтро
лируемое влияние остаточного аустенита и внутренних напол
нении из 'оіияазїіо водорода сталь».
Практическая ценность работы. Заключается в разработке технологических параметров предварительного подогрева упрочняемых зон деталей с целью инициирования процессов самоотпуска закалочных структур, стабилизации остаточного аустенита, удаления водорода из поверхностного слоя стали и в результате этого снижения склонности закаленной зоны к трещинообразованкю при лазерном термоупрочнении деталей.
Внедрение технологии предварительного подогрева при лазерном термоупрочнении деталей судового машиностроения из сталей марок 40Х и 65Г "в условиях АО "Пролетарский завод" (г. С--Петёрбург) позволило получить положительный экономический эффект за счет расширения номенклатуры упрочняемых деталей и повьпления их износостойкости в 1,3...1,5 раза.
Основные положения, представляемые к заідите:
-
Экспериментально установленные закономерности трещинообра-зования в термоупрочненном слое при лазерной закалке углеродистых сталей в зависимости от содержания в этой зоне насыщенного водородом остаточного аустенита.
-
Математическая модель и результаты численного расчета зонального и межфазкого диффузионного перераспределения водорода в зоне лазерного воздействия.
-
Установленное функциональное соотношение, связывающее допустимые содержания остаточного аустенита и водорода в закаленной стали.
-
Способ более полной экстракции диффузионно-подвижного водорода из закаленной стали.
-
Установленные технологические параметры предварительной тепловой обработки ' деталей-машиностроения из сталей марок 4QX и 65Г при лазерном терыоупрочкении на СОг-лазере.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссерта-. ционной работы доложены на межреспубликанском научно-техническом семинаре "Бодород-90" (г.Донецк,1990г.); на IV межреспубликанской конференции "Лазерная технология в промышленности" (г. Николаев, lSS2r.); на XVI научно-технической'конференции "Очередные задачи речного судостроения" (г. Горький, 1988г.); на межвузовской научно-технической конференции "Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки
изделий" (г. Н.Новгород,1995г.). Диссертационная работа доложена и обсуждена на научно-техническом семинаре кафедры "Материаловедение и лороцковая металлургия" Нижегородского государственного технического университета (г. Н.Новгород, июль 1995г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, получено два авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка библиографических источ-ников из 261 наименований и приложении. Работа представлена на 220 листах, в том числе 180 с. машинописного текста; содержит 16 таблиц, 35 рисунков и 58 с. приложений.
