Лазерная термическая обработка

Лазерная термическая обработка (ЛТО) также применяется для поверхностного упрочнения деталей. Лазерная технология обеспечивает повышение производительности труда, точности и качества обработки, представляет практически безотходную технологию, удовлетворяющую требованиям по экологической защите окружающей среды.

Лазеры — оптические квантовые генераторы (ОКГ), позволяющие получать электромагнитные излучения чрезвычайно высокой концентрации энергии. Длина волн, генерируемых ОКГ, находится в световом диапазоне от ультрафиолетовой области спектра до инфракрасной (α = 0,1 – 70 мкм). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемой энергии служат твёрдые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стёкла) и газы (He, Ar, Ne, CO₂).

Применение лазеров для термической обработки основано на преобразовании световой энергии в тепловую. В основу работы лазеров положено усиление электромагнитных колебаний счёт индуцированного излучения атомов. Высокая концентрация энергии в световом потоке ОКГ позволяет нагреть поверхность до температурного диапазона термообработки за очень короткое время.

Глубина упрочнённого слоя при нагреве на СO₂-лазере (при мощности 5 кВт) колеблется от 0,3 до 1,0 мм, а на импульсном лазере — 0,1 – 0,15 мм.

Механизм ЛТО заключается в фазовом превращении материала после его скоростного нагрева до температур выше температур фазовой перекристаллизации (вплоть до температур плавления) с последующим быстрым охлаждением обработанной зоны путём отвода теплоты за счёт теплопроводности материала изделия. Скорость охлаждения при температуре нагрева ниже температуры плавления составляет (5ºС/с, при кристаллизации из жидкого слоя — 106ºС/с (что в 10³ раз больше скорости обычной закалки).

ЛТО позволяет повысить твёрдость и износостойкость упрочняемых материалов, а также предел контактной выносливости σ _H и предел выносливости при изгибе σ _и. Твёрдость зависит от концентрации углерода и легирующих элементов в стали (при постоянном режиме обработки). Методом ЛТО хорошо упрочняют средне- и высоколегированные углеродистые и инструментальные стали. Стали с низким содержанием углерода и высокопрочные низколегированные стали лазерной термической обработкой упрочняются плохо. ЛТО практически не влияет на предел прочности σ _в и предел текучести σ _т сталей.

На сегодняшний день лазерная обработка считается перспективным методом поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения.

Дата добавления: 2015-07-25