ими -eaoxodsm

Htrntiioifu % HMiisdMou чюоншои-иэ

ИИ BOlfO

охоинооэи

-вн BHHtnifOX

о о.

§

ВИНЕЯ

-гчиве OJOM -xodoM я ox

in cm"

a, a,

С CD

& а Н

я - т н а.

3 Я Я m m Щ

ю см"

о о"

ю см

о см"

со"

00 ti;

°о i<

-о" смI 00 - -

>i >5 Ю

О 0)

О t£ X g

в: с >=: S

=£ га щ

3 а i

га ш к f- Й о. О)

о о"

CD со"

ш & а га о та И н о. а: с

CD сз

д; а:

5 о я i g

s га ч

i я 5

.<u 2

S 3 к Си» Ч

Скорость перемещения электрода при ручной обработке ие должна превышать 0,09 м/мин. При более высокой скорости качество покрытия снижается. Следует соблюдать перпендикулярность расположения электрода по отношению к упрочняемой поверхности. Установки с ручными вибраторами не позволяют полностью реализовать все преимущества процесса. Целесообразно механизировать процесс, использовать для этих целей механизм перемещения рабочих столов и суппортов металлорежущих станков, системы ЧПУ.

Электроды для электроискрового упрочнения. Максимальная глубина н высокая твердость упрочненного слоя получаются при использовании электродов на хромовой основе (феррохромовых, хромомарганцевых) и из чистого хрома. В случае применения твердосплавных нли металлических электродов поверхностный слой получается твердый, износостойкий, ио большой толщины (до 0,12 мм), в результате чего увеличиваются размеры изделия. При использовании электродов из графита не происходит увеличения габаритных размеров изделия, сохраняется исходная шероховатость упрочняемой поверхности, но не обеспечивается выполнение повышенных требований к твердости износостойкости упрочненного слоя, образуемого в результате одновременного науглероживания и закалки. Рекомендации по выбору материала электрода приведены в табл. 157. При отсутствии пластинок требуемых форм и размеров, а также для более полного использования твердого сплава возможно применение электродов, изготовленных напайкой или приваркой твердосплавных пластинок к стальной державке.

157. Рекомендации по выбору материала упрочняющего электрода

Упрочняемые изделия

Развертки, зенкеры, сверла, протяжки, фрезы и другой режущий инструмент

Пуансоны, матрицы, кондукторные втулки, втулки направляющих колонок, адаптеры протяжных станков

Инструмент и детали машин, работающие в условиях высоких контактных напряжений и абразивного износа

Подающие и зажимные цанги, детали типа вал-подшипник

Измерительные инструменты, детали с повышенными требованиями точности

Материат упрочняющего электрода и его марка

Графит ЭГ-2, ЭГ-4

Твердый сплав ВК-2, ВК-3

Твердый сплав ВК-3,

ВК-8, Т15К6, Т60К6, Т30К4

Твердый сплав Т15К6, феррохром Хр5, Хрб, белый чугун

Литой карбид, вольфрам

Графит ЭГ-2, ЭГ-3, ЭГ-4, КП-6

Экспл уатациониые особенности

Сохраняет заданные чертежом размеры и шероховатость поверхности инструмента

После упрочнения требует доводочного шлифования

Возможно многократное восстановление с последующим шлифованием

То же

Сохраняет первоначальные геометрические размеры и форму обработанной поверхности

Рабочая часть электрода должна иметь форму конуса или пирамиды, с затуплением вершины радиусом 1,6-2,0 мм, что способствует получению качественной поверхности упрочненного слоя.

Упрочнение методами лазерного воздействия. Лазерная закалка. Перспективна для изделий, долговечность которых лимитируется износостойкостью и усталостной прочностью, особенно, если закалка другими методами

затруднена вследствие сложности конфигурации и возможности значктель« ного коробления. Поверхностное упрочнение лучом лазера храктрризуется рядом особенностей: упрочнение локальных (по глубине и площади) объемов материала обрабатываемых деталей в местах их износа; достигается твердость, превыщающая на 15-20 % и более твердость после термической обработки существующими способами; локальное упрочнение в металлических деталях поверхностей труднодоступных полостей, углублений, куда луч лазера может быть введен с помощью несложных оптических устройств; создание «пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей деталей; получение при необходимости заданной микрошероховатости упрочненных поверхностей деталей; получение определенных физико-механических, химических и других свойств поверхностей обрабатываемых деталей путем их легирования различными элементами с помощью лазерного излучения; отсутствие деформаций обрабатываемых деталей, обусловленное локальностью термической обработки, что позволяет полностью исключить финишную шлифовку; простота автоматизации процесса обработки лучом лазера по контуру, в том числе деталей сложной формы, определяемая бесконтактностью лазерного нагрева.

Применяется для повышения стойкости деталей штампов, пресс-форм и режущего инструмента и деталей, имеющих рабочие поверхности, доступные для обработки лучом лазера, в том числе с использованием оптических и управляющих систем.

Упрочнению подвергаются стали углеродистые, малоуглеродистые и легированные - У8А, УЮА, Сталь 45, ХВГ, 9ХС и др.; высоколегированные- X 2. Х12М, Х12Ф, ХВГ, ШХ15, X, 5ХВ2С; низкоуглеродистые (цементированные) - Сталь 20, 12ХНЗА; хромистые нержавеющие, типа 4X13; быстрорежущие - Р18, Р12, Р5, Р6М5, Р9.

Поверхностной лазерной обработке подвергается инструмент, прошедший термическую обработку, окончательную шлифовку и заточку.

Метод основан на использовании явления высокоскоростного разогрева металла под действием лазерного луча до температур, превышающих температуру фазовых превращений Aci, но ниже температуры плавления, и последующего высокоскоростного охлаждения за счет отвода тепла в основную массу металла.

При обработке лазерным лучом, как и в случае обычной закалки, образуются мартенсит и остаточный аустенит.

Микротвердость в зоне обработки повышается с 650-800 до 850- ПООкг/мм. Высокая твердость стали после обработки лазерным лучом обусловлена образованием более мелкозернистого мартенсита в результате быстрого нагрева и охлаждения. Глубина упрочненной зоны достигает 0,2 мм.

Лазерная обработка проводится в воздушной атмосфере и в атмосфере защитного газа аргона. Шероховатость после лазерной закалки не изменяется.

Средняя производительность термоупрочнения в аргоне до 500 мм/мии, на воздухе - до 800 мм/мин.

Лазерное упрочнение обеспечивает повышение стойкости технологического инструмента в два и более раз.

Критическими режимами лазерного упрочнения считаются те, при которых воздействие излучения оптического квантового генератора (лазера) не приводит к нарушению шероховатости поверхности, а глубина упрочнен; ного Слоя максимальна. При лазерном воздействии в режиме свободной гене- рации глубина упрочненного слоя

2 ~ \ат,

где а - коэффициент температуропроводности; а - длительность импульса" лазерного воздействия.

С уменьшением длительности .чмпульса уменьшается глубина упрочненного слоя. Критическая энергия лазерной закалки уменьшается с уменьше- ннем диаметра «пятна закалки». При этом наблюдается некоторое уменьше " ние глубины упрочненного слоя. В ряде практических случаев, например для упрочнения вырубных пуансонов диаметром 2-3 мм требуется провс водить лазерное упрочнение при разных диаметрах «пятен закалки». Зн чеиия критической энергии лазерного излучения (Е, Дж), глубины упрочн "

ного слоя (Z, мкм) некоторых марок сталей при разных диаметрах «пятен закалки», а также микротвердость до и после их упрочнения приведены в табл. 158.

158. Режимы лазерной закалки инструментальных сталей

Выбор критической энергии лазерного излучения при обработке с разным диаметром «пятна закалки» проводят следующим образом. При фиксированном диаметре «пятна закалки» выполняют лазерную термообработку поверхности исследуемых образцов при различной энергии излучения оптического квантового генератора. Та энергия, превышение которой приводит к нарушению шероховатости поверхности, считается критической. Лазерную закалку проводят в различных газовых средах, чаще в среде аргона, предохраняющего от обезуглероживания поверхность зоны лазерного воздействия. Для получения равномерного по глубине упрочненного слоя поверхности, перед обработкой лазером детали подвергают травлению реактивом, состава: железо хлорное, г, -10, кислота соляная, см, -15, вода, см, -15. Затем упрочняемая деталь, имеющая ровный темно-серый цвет, устанавливается и фиксируется на столе механизма перемещения лазерной установки.

Значения оптимальной плотности энергии £, глубины Z упрочненного слоя и микротвердостн Яюо в не.м при лазерной закалке инструментальных сталей некоторых марок в различных средах на установке мод, «Кваит-16» при площади пятна закалки 0,1 см приведены в табл, 159,

159. Режимы лазерной закалки инструментальных сталей на установке «Кваит-16»

Показатели режима

Марка стали

Аргон, Дж/см2 Воздух, Дж/см Аргон, мкм Воздух, мкм Ящо, кг/мм

Плотность падающей энергии при лазерной закалке на воздухе меньше, чем в среде аргона. Уменьшение связано с тем, что нагревание металлов лазерным излучением на воздухе приводит к уменьшению коэффициента отражения света в результате дополнительного поглощения энергии образующейся окисной пленкой. Шероховатость поверхности после лазерной закалки в оптимальном режиме не ухудшается.

Лазерную закалку можно применять как окончательный вид обработки прн изготовлении инструмента и деталей технологической оснастки для упрочнения рабочих поверхностей, подвергающихся интенсивному износу.

Для лазерного упрочнения протяженных кромок инструмента и деталей технологической оснастки применяется 50 %-ное перекрытие «пятен» закалки. Оно определяется как отношение разности диаметра обработки Д и шага обработки S к диаметру зоны лазерного воздействия.

Коэффициент перекрытия «пятен» закалки определяют как отношение шага обработки 5 к диаметру зоны лазерного воздействия D. Поперечное сечение зоны лазерного воздействия имеет форму сегмента. Глубина упрочненной зоны по Диаметру «пятна» закалки изменяется от О до Z.

При 50 %-ном перекрытии «пятен» закалки глубина упрочненной зоны практически одинакова по всей длине упрочненного слоя. Дальнейшее увеличение коэффициента перекрытия «пятен» закалки нецелесообразно, так как уменьшается производительность обработки. Оптимальные режимы упрочнения типовых инструментальных сталей на установке мод. «Квант-18» приведены в табл. 160.

160. Оптимальные режимы упрочнения инструментальных сталей иа установке «Квант-18»

Комплексное лазерное и криогенное упрочнение. Выполняется последовательным лазерным нагревом (закалкой) упрочняемой поверхности и последующим охлаждением всей детали в среде жидкого азота нли иного хладагента, обеспечивающего охлаждение стали данной марки до температуры ниже точки мартенситного превращения. Прн обработке криогенными температурами уменьшается содержание аустенита в поверхностном слое, что и приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя и уменьшению износа его по сравнению с лазерной закалкой. Прн комплексном приме- , нении лазерной закалки и криогенной обработки не происходит растрескивания образцов после извлечения их нз жидкого азота, а также в процессе испытаний. Применение криогенной обработки после лазерной закалки приводит к дополнительному повышению твердости и износостойкости поверхностного слоя инструментальных сталей, а также к повышению стойкости инструмента для резания и давления, изготовленного из них. Комплексная лазерная закалка и криогенная обработка исполняются по оптимальным режимам, описанным выше. Примеры изменения микротвердости некоторых инструментальных сталей, термообработанных по обычной схеме (закалка - отпуск), после их дополнительного упрочнения лазером и комплексной ла-зерно-криогенной обработки приведены в табл. 161.

Квмплексное лазерное и ультразвуковое упрочнение. Выполняется локальным нагревом лазерным лучом зоны обработки и ее последующим или совмещенным ультразвуковым упрочнением. Объединение методов позволяет получать высокие скорости местного нагрева (10» град/с), охлаждения (10-10* град/с) и деформации. *

Совместное действие температуры, давления и скоростного охлаждения приводит к возникновению мелкодисперсной структуры («белого слоя») в по- -1

верхностном слое металла, отличающейся высокой микротвердостью. Так, если мнкротвердость после ультразвуковой обработки достигнет 100 - 400... . 450 кг/мм; после лазерной - ЯУюо = 700....800 кг/мм, лазерной и последующей ультразвуковой - Vioo = 800 ... 950 кГ/мм2, то совмещение методов позволяет

161. Микротвердость инструментальной стали после ее комплексного лазерно-криогенного упрочнения

получить

WVloo = 1200

1300

кг/мм прн исходной микротвердости HV-yno = 250 кг/мм

Сочетание высокой энергии в импульсе и скоростной деформации привадит к снижению значения шероховатости поверхности. С уменьшением расстояния / (/= 1,6 мм) шероховатость поверхности снижается. Например, при исходной шероховатости Ra = 0,63 мкм, значения шероховатости равны: после лазерной обработки (на указанных ниже режимах) /?а= 2,5 мкм, последовательной ультразвуковой и лазерной - Ra= 1 мкм, совмещенной - Ra = 0,25 мкм.

Комплексное лазерное и ультразвуковое упрочнение можно выполнить на режимах: энергия импульса £ = 5 ... 10 Дж; длительность импульса т = = 0,4 ... 7,0 мс, диаметр пятна закалки 2-3 мм; частота механических колебаний /=20 кГц, статическое усилие Р= 10 ... 20 кГ, диаметр шара d = 5 ... 10 мм, подача 5 = 0,1 мм/дв. ход (0,1 мм/об); расстояние между центрами пятна контакта и пятна закалки /= 1,6 ... 2,8 мм; скорость вращения (для тел вращения) V = 35 ... 55 м/мин, смещение инструмента 2А = = 25 ... 30 мкм, толщина упрочненной зоны (с зоной термического влияния! 0,25-0,3 мм.