Введение к работе
Актуальность проблемы. Лазерная закалка находит все большее применение в промышленности для поверхностного упрочнения и повышения износостойкости деталей машин и инструмента.
Существующие методы лазерного упрочнения деталей машин и инструмента,связаны обычно с введением в традиционную технологию их изготовления.дополнительных упрочняющих приемов, в результате" чего удается увеличить срок службы тяжелонагру-женных деталей и снизить металлоемкость производства.
Однако, наряду с тяжелонагруженными деталями существует большая номенклатура изделий, условия работы которых отличаются повышенным износом, но незначительными удельными нагрузками. Кроме того, для инструмента, работающего в условиях единичного,' мелкосерийного и экспериментального производства, на первое место выходит задача -снижения стоимости изготовления оснастки.,. Для решения этой проблемы также целесообразно применение лазерных упрочняющих технологий.
Актуальность темы исследований обуславливается необходимостью создания научных основ для разработки режимов лазерного термоупрочнения деталей машин и инструмента с учетом влияния исходной структуры стали на закономерности образования упрочненных слоев оптимальной структуры и толщины.
Цель работы.
Изучение особенностей воздействия лазерного излучения на стали с различными структурами, -в том числе и близкими к равновесным, и установление на этой основе закономерностей формирования и"изменения структуры и свойств упрочненных поверхностных' слоев.
Определение допустимых и выбор оптимальных режимов лазерного упрочнения и разработка методики оценки качества и работоспособности упрочненных слоев.
Научная новизна работы. -
1. Экспериментально выявлены новые закономерности формирования упрочненных слоев при лазерной закалке сталей с ис-
ходными структурами, близкими к равновесным.
-
Установлен характер влияния на толщину упрочненных слоев содержания углерода и легирующих элементов, дисперсности и степени неравновесности исходной структуры стали, а также режимов лазерной обработки.
-
Разработан новый подход к исследованию механических свойств упрочненных лазером сталей на нескольких масштабных уровнях: измерение микротвердости отдельных структурных составляющих упрочненного слоя, твердости лазерных дорожек в целом, а также величины, учитывающей влияние подложки при приложении к упрочненному слою значительной нагрузки.
-
Выявлены закономерности трещинообразования при контактном нагружении упрочненных слоев.
-
Расчетными и экспериментальными методами определена глубина проникновения в основной металл остаточной деформации при контактном нагружении упрочненных слоев в зависимости от фазового и структурного состава стали, режимов лазерного упрочнения и величины приложенной нагрузки.
Практическая ценность работы. Заключается в разработке принципов внедрения лазерной поверхностной обработки в технологию изготовления рабочих частей штампов _в зависимости от условий их эксплуатавди. Установлены технологические режимы лазерной закалки матриц и пуансонов, изготовляемых из сталей в состоянии поставки. Определены оптимальные режимы лазерной обработки._ позволяющие получать упрочненные слои необходимой толщины, достаточной для обеспечения прочности и износостойкости рабочих контуров матриц и пуансонов.
Внедрение технологии лазерного термоупрочнения сталей в состоянии поставки при изготовлении штампов холодного деформирования в'условиях АО "Павловский автобус" позволило получить положительный экономический эффект в сумме 47 млн. рублей ( в период с IV квартала 1996 года по I квартал 1997 года) за счет увеличения стойкости штамповой оснастки в 1,5 -2,0 раза и уменьшения затрат при изготовлении инструмента.
Основные положения, представляемые к зашите: 1. Комплексный многоуровневый способ контроля качества лазерной обработки как в отдельных зонах упрочненных слоев.
так и в целом деталей, у которых высокотвердый поверхностный слой лежит на мягкой основе.
-
Экспериментально установленные предельные удельные усилия как величины, характеризующие момент зарождения трещин в упрочненном слое при контактном нагружении.
-
математическая модель и результаты численного расчета ,глубины проникновения в основной металл остаточной деформации при контактном-нагружении упрочненных лазером слоев..
' 4. Установленные ' технологические параметры лазерной обработки для получения'требуемой . толщины упрочненного слоя для сталей марок 45, У8А, У10А, 9ХС.' ХВГ, Х12Ф1 в зависимости от их исходной структуры.
5, Способ изготовления матриц и пуансонов штампов холодного деформирования, изготовляемых из инструментальных сталей в состоянии поставки, включающий лазерную закалку рабо-' чих контуров формуемой или вырубаемой заготовки.
Апробация работы. -. ....
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на научно-технической международной конференции "Современное металловедение для машиностроения" (Н. Новгород, 14-15 мая 1996 г.), научно - технической конференции "Проблемы машиноведения" ( Н.Новгород, 23-24 января 1997 г..). Диссертационная работа доложена и обсуждена на двух научно - .технических семинарах кафедры " Материаловедение и технология новых: материалов" Нижегородского государственного технического' университета ( 1995 и 1996 гг.)...
Публикации. По теме.диссертации опубликовано 3 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе
ния, пяти глав, основных выводов, списка библиографических
источников из 156 наименований и приложений. Работа предс
тавлена на 168" листах, в том числе 105 с. машинописного
текста; содержит -Я/ таблиц 35 рисунков и 14 .страниц приложе-
-ний. ''-"--. -
