Развитие технологии лазерного упрочнения и её применение в машиностроении
Лазерное упрочнение представляет собой инновационную технологию, направленную на модификацию поверхностных свойств металлических деталей. Эта методика способствует повышению эксплуатационных характеристик машин и механизмов, обеспечивая их надёжность и долговечность.
Некоторые материалы, такие как медные сплавы и нержавеющая сталь, обладают высокой коррозионной стойкостью, однако они характеризуются недостаточной прочностью и склонностью к износу. Для решения этой проблемы применяются различные методы обработки поверхности, однако эти технологии имеют свои ограничения, включая высокую стоимость, сложность обработки в труднодоступных зонах и ограниченную глубину упрочнённого слоя.
Целью настоящего исследования является анализ влияния лазерного упрочнения на физико-механические свойства поверхности металлических материалов, а также определение перспектив его применения в машиностроительной отрасли.
Материалы и методы
В рамках исследования использовались лазерные установки различных типов: углекислотные модели ЛТ-1 и ЛТ-2, установка «Комета-2», а также волоконный лазер ЛС-5. Эти устройства обеспечивают высокую точность обработки поверхности металлических деталей. Для анализа микроструктуры и химического состава материалов применялись специализированные приборы, включая рентгеновский дифрактометр ДРОН-3 и сканирующий электронный микроскоп ПМТ-3.
Объектами исследования являлись различные сплавы на основе бронзы, такие как БрАЖНМц9-4-4-1, БрАЖН10-4-4, БрОФ10-2 и БрА6К2Ж1, а также нержавеющие стали марок 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т. Для сравнительного анализа применялась технология лазерной закалки из расплава, которая заключается в нагреве материала до высокотемпературного состояния с последующим быстрым охлаждением, что приводит к повышению твёрдости. В качестве добавок использовались порошки различных составов, включая ПН80Х20 и ПГРС-2, а также неметаллические материалы, такие как Al2O3, SiO2, B4C, SiC и BN.
Результаты исследования
Анализ показал, что лазерное упрочнение оказывает значительное влияние на структуру и химический состав поверхностного слоя металлических материалов. Например, на сплаве БрАЖНМц9-4-4-1 после лазерного упрочнения наблюдается формирование более однородной и твёрдой структуры. Это приводит к повышению износостойкости поверхности.
На графиках 1, 2 и 3 представлены результаты микроструктурного анализа поверхности после лазерного упрочнения. Таблица 1 демонстрирует увеличение твёрдости поверхности бронзы БрАЖНМц9-4-4-1 после применения различных добавок.
Применение лазерного упрочнения к алюминиевым бронзам БрОФ10-2 и БрА6К2Ж1 также показало положительные результаты, что позволило увеличить срок службы деталей, функционирующих в условиях трения, таких как винтовые пары и сухарики.
Для нержавеющих сталей лазерное упрочнение продемонстрировало высокую эффективность, обеспечивая повышение твёрдости до 500–700HV, что улучшило антифрикционные характеристики. Таблица 3 иллюстрирует снижение коэффициента трения в паре нержавеющая сталь — нержавеющая сталь в 1,3 раза, а также уменьшение износа при трении с бронзой не менее чем в 2 раза.
Заключение
Лазерное упрочнение является перспективной технологией, позволяющей существенно улучшать эксплуатационные характеристики поверхности металлических деталей. Данная методика находит широкое применение в машиностроении, способствуя созданию более надёжных и долговечных механизмов и оборудования.
