Лазерное воздействие

Достигаемые при термоупрочнении эффекты модификации материалов в основном определяются тепловым состоянием их поверхностных слоев. Поэтому информация о термических процессах, инициируемых лазерным воздействием, является основой для разработки технологических процессов лазерного термического упрочнения. [c.255]

Создание технологии лазерной обработки основывается на последовательном анализе множества факторов. Исходным фактором является марка инструментальных сталей и сплавов. Затем оценивают влияние лазерного воздействия на изменение структуры, элементного и фазового состава модифицируемого материала. На следующем этапе устанавливается влияние лазерного облучения на изменение механических и триботехнических свойств. При разработке технологического процесса лазерной обработки, кроме того, учитывают изменение шероховатости обрабатываемой поверхности и теплостойкость инструментальных материалов. [c.259]

В зависимости от интенсивности и длительности воздействия лазерного излучения различают следующие стадии взаимодействия излучения с материалом при лазерной обработке подвод лазерного излучения к материалу, поглощение светового потока и передача его энергии твердому телу, нагрев материала без видимого разрушения, расплавление материала, испарение и вымывание продуктов разрушения, остывание материала после окончания лазерного воздействия. [c.7]

Образцы с нанесенным слоем легирующего элемента подвергались лазерному облучению при плотности мощности q 10 Вт/см . При таких режимах обработки в условиях моноимпульсного лазерного воздействия наблюдались довольно качественные зоны легирования, причем их глубина зависела от плотности излучения. Нанесенный электроискровым способом слой легирующего материала имеет идеальный контакт с матрицей, что обеспечивает высокое качество и стабильность процесса лазерного легирования. [c.32]

Распределение концентрации цинка в алюминии вдоль оси лазерного воздействия показано на рис. 17, а. Цинк распределяется только в верхней части расплавленного участка зоны, о свидетельствует о конвективном перемешивании лишь в верхней части расплава. [c.33]

Существуют следующие способы формирования зон лазерного воздействия с помощью трафарета, проекционный, линзовый, комбинированный. [c.54]

При использовании трафарета зона лазерного воздействия формируется с помощью накладного шаблона (трафарета), плотно прижатого к поверхности обрабатываемой детали. Трафарет имеет окна, соответствующие профилю упрочняемой зоны. К недостаткам способа относятся быстрый износ трафарета, необходимость использования для изготовления трафарета стойкого к воздействию лазерного излучения материала, частичные потери лазерной энергии на непроизводительное облучение трафарета [5], дифракционные искажения в плоскости обработки. [c.54]

Более широкие возможности для получения сложного контура обеспечивает проекционный способ формирования излучения [5]. При использовании этого способа с помощью телескопической (осветительной) системы 2 (рис. 33) излучение ОКГ 1 расширяется до размеров маски 3, а затем уменьшенное изображение этой маски с помощью объектива 4 фокусируется на обрабатываемой поверхности 5. Причем, обрабатываемая поверхность располагается не в фокальной плоскости, а на некотором расстоянии Ь.Р от нее в плоскости изображения маски (в плоскости проекции). Форма зоны лазерного воздействия при этом зависит от конфигурации маски [c.54]

При фокусировании луча ОКГ цилиндрической оптикой [13] можно получать профиль обработанного материала, отличный от круга. Такой способ формирования излучения обеспечивает получение зоны лазерного воздействия в материале в виде полосы определенной длины и ширины, зависящих от параметров оптики (рис. 34). Особенно эффективно использование этого способа при упрочнении различных протяженных изнашивающихся острых кромок деталей машин и металлорежущих инструментов. [c.55]

При использовании рассмотренных способов формирования зон лазерного воздействия обычно предполагается, что обрабатываемая деталь неподвижна по отношению к лазерному лучу. [c.56]

В случае применения последнего способа формирования зоны лазерного воздействия — комбинированного — можно несколько видоизменить форму зоны лазерного воздействия, сообщив лучу или [c.56]

Из рассмотренных выше способов формирования зон лазерного воздействия видно, что наиболее просто процесс упрочнения излучением лазера может быть реализован при фокусировании излучения сферической и цилиндрической оптикой. Однако в случае использования импульсного излучения формирование профиля имеет ряд особенностей в зависимости от вида оптики. [c.59]

Фокусирование с помош.ыо сферической оптики. При таком способе фокусирования излучения зона лазерного воздействия в плане ограничивается окружностью диаметра После лазерного упрочнения детали обработанная поверхность представляет собой совокупность таких зон лазерного воздействия. При относительном перемещении обрабатываемой поверхности и луча ОКГ в системе координат XV обеспечивается получение различных технологических схем обработки, в частности, линейной и плоскостной. [c.59]

В результате линейной обработки поверхностный слой материала с измененными свойствами представляет собой один ряд взаимно перекрывающихся зон лазерного воздействия, смещенных относительно друг друга вдоль оси перемещения на величину шага обработки 5 (рис. 37). [c.59]

Важной технологической характеристикой процесса является коэффициент перекрытия, представляющий собой отношение шага расположения последовательных зон лазерного воздействия к диаметру единичной зоны [22] [c.59]

При двухкоординатной контурно-лучевой обработке одним из основных параметров является шаг 5 относительного перемещения по оси X и шаг 5 перемещения по оси У. От соотношения этих шагов и размеров зоны лазерного воздействия зависит степень заполнения профиля. При этом возможны четыре схемы реализации процесса контурно-лучевого лазерного упрочнения материалов (рис.38) [21]. Основное отличие схем, приведенных на рис. 38, а, б, от схем, показанных на рис. 38, в, г, заключается в том, что при реализации последних обеспечивается смещение по горизонтали центров зон ла- [c.60]

Коэффициент заполнения профиля Кз отражает степень заполнения профиля, подлежащего контурно-лучевой обработке зонами лазерного воздействия [c.61]

Для выполнения ряда технологических операций важно обеспечить полное облучение поверхности. Это возможно лишь при взаимном перекрытии зон лазерного воздействия. В таких схемах реализации процесса /( < 1. Для повышения эффективности обработки следует стремиться к такому размещению зон лазерного воздействия, чтобы размеры перекрытых участков были минимальными. При отсутствии относительного смещения центров зон лазерного воздействия соседних рядов указанное условие будет достигаться при 5 = 5 = 0,70 (рис. 38, б). В этом случае обеспечивается максимальное заполнение профиля (Кз = 0,96), однако коэффициент использования импульсов очень мал (К = 0,46), что свидетельствует о низкой эффективности процесса контурно-лучевой обработки. Недостатком этой схемы является то, что размеры перекрытых [c.61]

Этот недостаток в значительно меньшей степени проявляется в случае использования схем с относительным смещением по горизонтали центров лазерного воздействия на величину 812 в соседних рядах (рис. 38, в, г). [c.62]

Таким образом, при контурно-лучевой обработке по схеме, показанной на рис. 39, б, минимальные размеры перекрытых участков зон лазерного воздействия и их равенство достигается при 5 = = 0,860 и 5 = 0,740. [c.63]

Рис. 42. Зависимость площади перекрытия участков зон лазерного воздействия от коэффициента перекрытия при фокусировании излучения цилиндрической оптикой.

При воздействии следующего импульса ОКГ описанные процессы повторялись у левой границы очередной ЗТВ. На рис. 45 представлено распределение микротвердости по длине одной зоны лазерного воздействия для различных коэффициентов перекрытия. На графике прослеживаются три четко выраженных участка с микротвердостью 300—350 кгс/мм (исходный материал) с микротвердостью 850—1150 кгс/мм (закаленный участок) с микротвердостью 550— 600 кгс/мм (участок отпуска). [c.71]

Рис. 45. Распределение микротвердости по длине зоны лазерного воздействия на сталь У8 при различных Кп-

Рис. 52. Влияние степени взаимного перекрытия зон лазерного воздействия на шероховатость упрочненной поверхности.

Показано, что после лазерной обработки содержание углерода в мартенсите, плотность дислокаций и микротвердость в зове лазерного воздействия взаимосвязаны и определяются исходным состоянием стали, а также технологическими характеристиками ороцесса лазерной обработки. [c.103]

Повышение износостойкости твердосплавных инструментальных материалов после лазерного термоупрочнения может достигать 6 раз [121]. Одним из основных аргументов, объясняющих наблюдаемый факт, признается увеличение микротвердости модифицированных лазерным воздействием приповерхностных слоев твердого сплава. Однако износостойкость инструментальных твердых сплавов весьма чувствительна к режимам облучения и условиям эксплуатации модифициро- [c.224]

Диапазон плотностей мощности лазерного воздействия определяется верхним и нижним пределами, которые связаны соответственно с началом плавления и отпуска материала. При обработке на оптимальном режиме достигается наибольший упрочняющий эффект и глубина модифицированного слоя. Следует отметить, что из-за различающихся химических составов модифицируемых сталей и сплавов, несоблюдения режимов предварительной термической обработки рекомендуется использовать образцы-свидетели для каждой партии облучаемых изделий. Образцы-свидетели необходимы для конкретизации режимов лазерного термоупрочнения и исключения разупрочняю-щих эффектов. Подбор режимов лазерного воздействия проводят, исходя из размеров обрабатываемого образца или изделия. При выборе схемы обработки и соответствую1цего технологического оборудования [145] (табл. 8.4) учитывают геометрию изделия и возможности локал1,ного термоупрочнения [c.259]

Для определения закономерности изменения температуры в зоне лазерного воздействия можно воспользоваться дифференциальным уравнением, описывающим распространение тепла в полубеско-нечном теле [42] [c.9]

Сг, Мо на рис. 9, а и С на рис. 9, б) в зоне воздействия лазерного излучения проводился электронно-зондовый микроанализ на установке фирмы Сатеса . В результате анализа было установлено, что основные легирующие элементы стали Р6М5 распределены в зоне лазерного воздействия очень равномерно как по первому, так и по второму слою белой зоны, [c.19]

Рис. 10. Микрофотографии зон лазерного воздействия на сталь Р6М5 а аргоне (а) и на воздухе (б).

В отличие от результатов, полученных в процессе легирования поверхности железа, при проведении экспериментов на образцах из стали ШХ15 в области воздействия лазерного излучения наблюдается образование трех явно выраженных зон. Одна из этих зон (наибольшая по объему) является твердым раствором легирующего элемента на основе железа. Затем расположены две ЗТВ закалки и отпуска. Глубина зоны легирования также достигает 300—400 мкм. Н.а характеристики обработанной поверхности большое влияние оказывает выбор легирующего элемента. Так, при легировании молибденом и титаном наблюдается значительно большее увеличение микротвердости в зоне лазерного воздействия, чем при легировании ниобием. [c.29]

Для упрочнения может быть также использована установка Квант-12 . Она создана на базе лазера на алюмоиттриевом гранате. Установка работает в импульсном режиме с достаточно высокой частотой следования импульсов и большим диапазоном изменения длительности лазерного импульса. Скорость линейного лазерного упрочнения может достигать 200 мм/мин при коэффициенте перекрытия зон лазерного воздействия 0,7. Установка снабжена устройством [c.38]

В соответствии с первой схемой осуществления процесса контурно-лучевой обработки предполагается, что 8 = 5 = 0 (рис. 38, а). Эта схема может быть использована в том случае, если по эксплуатационным требованиям, предъявляемым к изготовляемой детали, допускается наличие необлученных участков между зонами лазерного воздействия. Схема, показанная на рис. 38, а, характеризуется малым коэффициентом заполнения профиля (Кз = 0,8) и сравнительно высоким коэффициентом использования импульсов (Ки = = 0,68), что обусловливает довольно высокую производительность и скорость обработки. Отличительной чертой этой схемы является также отсутствие взаимноперекрытых участков зон лазерного воздействия, так как коэффициент перекрытия в этом случае равен единице. [c.61]

На основании приведенных данных можно определить оптимальные режимы как линейного, так и плоскостного контурнолучевого упрочнения деталей из различных конструкционных материалов, однако режимы плоскостного упрочнения имеют характерные особенности. Изучение этих особенностей проводилось на стали ШХ15 стандартного химического состава в состоянии поставки со структурой зернистого перлита и твердостью около 250 кгс/мм [22]. Обработка образцов выполнялась на импульсной лазерной установке при следующем режиме = 10 Дж, т = 4 мс, q — = 20 10 Вт/см . Плоскостное упрочнение производилось по схемам, показанным на рис. 38, а, б, в, г. При данных схемах обработки материал в узловых точках, общих для всех зон лазерного воздействия, подвергался многократному температурному воздействию. [c.73]

Фазовые и структурные превращения при нагреве стали ШХ15 лазерным излучением достаточно подробно рассмотрены в первой главе и в ряде работ [25, 331. Однако ранее изучалось влияние единичных импульсов ОКГ на структуру стали, переход же к плоскостной лазерной обработке хотя и не вносит особых принципиальных отличий в схему превращений, тем не менее, значительно усложняет общую картину из-за взаимного перекрытия зон лазерного воздействия. [c.74]

На рис. 49, а, б, в показаны микрофотографии поверхности стали IIIX15, подвергнутой плоскостной обработке. Центральную и основную часть каждого пятна лазерного воздействия занимает слаботравящаяся зона с твердостью 1200—1300 кгс/мм. Отсутствие в этой зоне карбидов показывает, что температура нагрева здесь существенно превышала критическую точку Ас , в результате чего все карбиды растворились в аустените. При последующем быстром охлаждении после окончания импульса ОКГ (в результате отвода тепла в глубину образца) в этой зоне произошла полная закалка и образовалась мартенситная структура (рис. 50, а), обладающая высокой твердостью. Значительная часть аустенита при этом сохранилась вследствие большого содержания в нем углерода и хрома, которые перешли в твердый раствор при нагреве до высоких температур. Однако этот остаточный аустенит обладает высокой твердостью, так как в процессе закалки он подвергся фазовому наклепу, усиленному вследствие локального и импульсного характера термического цикла. [c.74]

Рис. 50. Микрофотографии структур различных участков зон лазерного воздействия на сталь ШХ15 при плоскостной обработке

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...