Наукові конференції України, 2017-XVIII ПРОГРЕСИВНА ТЕХНІКА, ТЕХНОЛОГІЯ та інженерна освіта

Розмір шрифту: 
ПОЛІПШЕННЯ ЯКОСТІ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ СТАЛІ 30ХГСА КОМБІНОВАНОЮ ЛАЗЕРНО-ДЕФОРМАЦІЙНОЮ ОБРОБКОЮ
Олександр Олександрович Данилейко

Остання редакція: 2017-06-16

Тези доповіді


При сучасному рівні складності і високих пропонованих технологічних вимогах до промислових виробів, особлива увага приділяється їх надійності та довговічності. Відомо, що поверхня деталі піддається найбільш інтенсивним механічним, тепловим, хімічним та іншим впливам. Таким чином, основною причиною передчасного виходу з ладу деталі є руйнування і зношування поверхневого шару.

В даний час, для формування необхідних властивостей матеріалу деталей, використовуються як традиційні методи, так і сучасні висококонцентровані методи поверхневої обробки [1,2]. Для підвищення фізико-механічних властивостей оброблюваних деталей, один із найбільш ефективних методів є лазерне поверхневе термозміцнення за рахунок високих швидкостей нагрівання  та охолодження.

Однак, для отримання поверхневого шару з більш якісними фізико-механічними властивостями все частіше розробляються комбіновані лазерно-деформаційні методи поверхневої обробки з використанням як динамічних [3], так і статичних методів поверхнево-пластичного деформування (ППД) [4]. Відомо, що процес ППД металевих поверхонь забезпечує збільшення твердості деформованого шару, що обумовлено формуванням в поверхневому шарі матеріалу залишкових напружень стиску та збільшенням щільності дислокацій [5]. Крім того, відбувається формування в зернах блокової структури, що приводить до підвищення твердості, міцності, перешкоджає зародженню і розвитку втомних тріщин в результаті механізму бар’єрного зміцнення [3,5] поверхневого шару.

Метою даного дослідження є визначення можливості використання комбінованої технології поверхневого зміцнення виробів ППД з наступним лазерним гартуванням.

Для поліпшення якості поверхневого шару сталевих виробів, запропоновано перед лазерним гартуванням провести деформаційне зміцнення з використанням як статичного, так і динамічного (ультразвукового) методів ППД (рис. 1).

а)                                                                                        б)

Рис. 1 – Схеми комбінованого лазерно-деформаційного поверхневого зміцнення:

а) статичний метод ППД, б) динамічний метод ППД

В якості матеріалу для експериментальних досліджень була використана конструкційна сталь 30ХГСА, яка широко застосовується в літакобудуванні та машинобудуванні для виготовлення деталей, які працюють при високих (знакозмінних) навантаженнях та несприятливих умовах (кріпильні деталі, зварні конструкції, вали, осі, корпуси, лопатки компресорних установок, ударні інструментів та ін.).

ППД зразків статичним методом проводили на розробленому стенді з числовим програмним керуванням (ЧПК) з використанням наконечника з кубічного нітриду бору на торці. Процес ППД здійснювали при наступних попередньо визначених  режимах: частота обертання шпинделя n = 840 об/хв., швидкість переміщення зразка S = 300 мм/хв. Режими ППД динамічним інструментом детально описано в роботі [3].

Наступну лазерну термообробку (ЛТО) здійснювали Nd:YAG лазером безперервної дії ROFIN-SINAR DY044 з довжиною хвилі випромінювання 1,06 мкм. Процес ЛТО здійснювали при різних потужностях лазерного променя в діапазоні 1…4 кВт та швидкостях переміщення зразка від 3 до 8 м/хв, а діаметр плями складав 7 мм. Тривалість лазерного впливу tлп (с), що визначали відношенням діаметру dлп (мм) лазерного променя на швидкість переміщення оброблюваної поверхні S (мм/с), знаходилась в діапазоні 0,1…0,06 с.

Рис. 2 – Розподіл мікротвердості по глибині поверхневого шару сталі 30ХГСА

Результатами експериментальних досліджень встановлено, що при використанні комбінованої обробки статичним методом ППД та наступним лазерним термозміцненням досліджуваної сталі за рахунок швидкісного нагрівання тонкого шару до температури плавлення і швидкісного охолодження з тепловідведенням тепла в основний об’єм металу, твердість поверхні підвищується більше чим у 2 рази в порівнянні з вихідною поверхнею (рис. 2), а глибина гартованого шару збільшується приблизно на 100 мкм в порівнянні з окремою ЛТО.

Список літератури

1. Коваленко, В.С., Головко, Л.Ф., Черненко, В.С. (1990), Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера, Техника, Киев, 192 с.

2. Головко, Л.Ф., Лук’яненко Л.Ф. (2009), Лазерні технології та комп’ютерне моделювання, Вістка, Київ, 296 с.

3. Lesyk, D.A., Martinez, S., Dzhemelinskyi, V.V., Mordyuk, B.N., Lamikiz, A., Prokopenko, G.I. (2015), Surface microrelief and hardness of laser hardened and ultrasonically peened AISI D2 tool steel, Surface & Coating Technology, Vol. 278, pp. 108-120.

4. Morisada, J., Fujii, H., Mizuno, T., Abe, G., Nagaoka, T., Fukusumi, M. (2009) Nanostructured tool steel fabricated by combination of laser melting and friction stir processing, Materials Science and Engineering A, Vol. 505, pp. 57‑162.

5. Wied J. (2011), Oberflächenbehandlung von Umformwerkzeugen durch Festklopfen [Text], Darmstadt: Technischen Universitдt Darmstadt, S. 128.

Ключові слова


Комбінована обробка; поверхнево-пластичне деформування (ППД); лазерна термообробка (ЛТО)