RU2058400C1

RU2058400C1 - Method for surfacing

Info

Publication number: RU2058400C1
Authority: RU
Inventors: Е.А. Памфилов
Original assignee: Памфилов Евгений Анатольевич
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering applicable in improvement of wear resistance of machine parts and tools. SUBSTANCE: applied to surface of steel specimen is dye in form of rectangular grid with intervals of 1.5 mm between lines. Surface is treated with laser and subjected to low-temperature treatment and grinding. EFFECT: higher efficiency. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения износостойкости деталей машин и инструмента. The invention relates to mechanical engineering and can be used to increase the wear resistance of machine parts and tools.

Известен способ поверхностной упрочняющей обработки, в соответствии с которым повышение износостойкости достигается образованием регулярного рельефа специальными деформирующими инструментами. Его сущность заключается в том, что за счет одновременного встречного тангенциального деформирования элементарных площадок обрабатываемой поверхности инденторами на ней образуется гексагональная сетка каналов, а неровности приобретают вид регулярного рельефа [1]
Недостатки этого способа невысокая степень упрочнения и ограниченные возможности формирования поверхностной геометрии регулярного рельефа.A known method of surface hardening treatment, in accordance with which the increase in wear resistance is achieved by the formation of a regular relief with special deforming tools. Its essence lies in the fact that due to the simultaneous reciprocal tangential deformation of the elementary areas of the treated surface, indenters form a hexagonal channel network on it, and the irregularities take the form of a regular relief [1]
The disadvantages of this method is the low degree of hardening and the limited ability to form surface geometry of a regular relief.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому способу является способ, включающий локальную обработку лучом лазера с определенным расположением упрочненных элементарных площадок и механическую обработку этой поверхности эластичным абразивным алмазным инструментом до образования на ней регулярного рельефа [2]
Недостатки этого способа ограниченные возможности формирования регулярных рельефов и ограниченные возможности повышения износостойкости.The closest in technical essence and the achieved results to the claimed method is a method that includes local processing by a laser beam with a specific location of hardened elementary sites and machining this surface with an elastic abrasive diamond tool until a regular relief is formed on it [2]
The disadvantages of this method are the limited ability to form regular reliefs and the limited ability to increase wear resistance.

Цель изобретения повышение износостойкости. The purpose of the invention is increased wear resistance.

Поставленная цель достигается тем, что в способе поверхностной упрочняющей обработки, включающем воздействие лазерного луча на упрочняемую поверхность и последующую механическую обработку поверхности эластичным инструментом с образованием регулярного рельефа, предварительно на упрочняемую поверхность наносят красящий материал с расстоянием между соседними участками не менее 2 мм с образованием рисунка, соответствующего требуемой геометрии регулярного рельефа. После лазерного воздействия осуществляют обработку поверхности холодом при 180-190 К в течение 10-15 мин. Лазерный луч перемещают по поверхности в продольном и поперечном направлениях с коэффициентом подачи 0,3-0,5. This goal is achieved by the fact that in the method of surface hardening processing, including the action of a laser beam on the hardenable surface and subsequent mechanical processing of the surface with an elastic tool with the formation of a regular relief, the coloring material is previously applied to the hardened surface with a distance between adjacent sections of at least 2 mm to form a pattern corresponding to the required geometry of the regular topography. After laser exposure, the surface is treated with cold at 180-190 K for 10-15 minutes. The laser beam is moved along the surface in the longitudinal and transverse directions with a feed factor of 0.3-0.5.

Возможность реализации предлагаемого способа основана на свойстве сталей изменять объем при структурных превращениях, определяемых уровнем термического воздействия на материал. Различный уровень термического воздействия на поверхностные слои изделий при лазерной обработке можно обеспечить, регулируя их поглощающую и отражательную способность для лазерного луча, например, посредством соответствующей окраски обрабатываемой поверхности. The possibility of implementing the proposed method is based on the property of steels to change the volume during structural transformations, determined by the level of thermal effect on the material. A different level of thermal effect on the surface layers of products during laser processing can be achieved by adjusting their absorption and reflectivity for the laser beam, for example, by appropriate coloring of the treated surface.

При воздействии лазерного луча на поверхности с темной окраской, обладающей повышенной поглощающей способностью, мартенситное превращение в поверхностных слоях стали происходит с большей степенью искажения кристаллической решетки, чем на участках, не подверженных окраске. В результате объем материала зон с темной окраской увеличивается в большей степени, чем со светлой, образуя тем самым рельеф, выступающий над исходным профилем. Нанося на обрабатываемую поверхность рисунок, представляющий собой чередование светлых и темных зон, расположенных в требуемой регулярной последовательности, можно воспроизвести его на рассматриваемой поверхности в виде регулярного рельефа. When a laser beam acts on a surface with a dark color, which has an increased absorption capacity, the martensitic transformation in the surface layers of steel occurs with a greater degree of distortion of the crystal lattice than in areas not subject to coloring. As a result, the volume of material in zones with dark colors increases to a greater extent than with light ones, thereby forming a relief protruding above the initial profile. By applying a drawing to the surface to be treated, which is an alternation of light and dark zones located in the required regular sequence, it can be reproduced on the surface under consideration in the form of a regular relief.

Дополнительное увеличение высотных характеристик полученного при лазерном воздействии регулярного рельефа можно произвести за счет обработки холодом упрочненных деталей, в процессе которой в инструментальных сталях происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит, сопровождаемое увеличением объема. An additional increase in the altitude characteristics of a regular relief obtained by laser irradiation can be achieved by cold treatment of hardened parts, during which residual austenite is converted into martensite in tool steels, accompanied by an increase in volume.

Температурный режим обработки холодом определяется положением нижней мартенситной точки (М_к). Для большинства сталей температура М_к лежит не ниже 193 К, поэтому принята температура охлаждения при обработке холодом 180-190 К. Время выдержки при этой температуре определено экспериментально и составляет 10-15 мин.The temperature regime of the cold treatment is determined by the position of the lower martensitic point (M _k ). For most steels, the temperature M _k is not lower than 193 K, therefore, the cooling temperature during processing by cold is 180-190 K. The holding time at this temperature is determined experimentally and is 10-15 minutes.

Эластичное шлифование, например, лепестковыми кругами, позволяет в еще большей степени увеличить высоту образуемых выступов регулярного рельефа, так как области, имеющие повышенную твердость (темные зоны), в большей степени, чем светлые, сопротивляются снятию припуска, поэтому толщина материала, удаляемого с них, меньше, чем в зонах, которые не окрашивались при обработке. Однако такая картина имеет место, если расстояние между соседними окрашенными участками не менее 2 мм. В противном случае наблюдается сглаживание регулярного рельефа в процессе эластичного шлифования за счет более равномерной скорости снятия припуска по разнотвердым зонам. Elastic grinding, for example, with petal circles, allows you to further increase the height of the formed protrusions of a regular relief, since areas with increased hardness (dark areas), more than light ones, resist the removal of allowance, so the thickness of the material removed from them , less than in areas that were not stained during processing. However, such a picture occurs if the distance between adjacent colored areas is at least 2 mm. Otherwise, smoothing of the regular relief during elastic grinding is observed due to a more uniform speed of removal of allowance for different hard zones.

Коэффициент подачи 0,3-0,5 обеспечивает стабильное создание регулярного рельефа на всей упрочняемой поверхности, уменьшая влияние на ее величину разности остаточных деформаций по сечению следа воздействия луча, имеющей место из-за неравномерного распределения энергии по сечению луча. The feed coefficient of 0.3-0.5 ensures the stable creation of a regular relief on the entire hardened surface, reducing the influence on its value of the difference in residual deformations over the cross section of the trace of the impact of the beam, which occurs due to the uneven distribution of energy over the cross section of the beam.

П р и м е р. Пpоизводилась упрочняющая обработка плоских поверхностей образцов из сталей У10А и Х12М, на которое перед лазерным воздействием была нанесена красителем (черная газетная типографская краска) прямоугольная сетка, толщина окрашенных линий 1,5 мм, расстояние между ними в продольном и поперечном направлении 1,5-3,0 мм. PRI me R. Hardening of flat surfaces of specimens made of U10A and X12M steels was performed, on which a rectangular grid was applied with a dye (black newspaper printing ink) before the laser exposure, the thickness of the painted lines was 1.5 mm, the distance between them in the longitudinal and transverse directions was 1.5-3 , 0 mm.

Режимы лазерной импульсной обработки на установке "Квант-16": плотность энергии лазерного луча 1,6-2,2 Дж/мм²; коэффициент подачи 0,4; частота импульсов 1,0 Гц; шероховатость упрочняемой поверхности Ra 0,32-0,41 мкм.Modes of laser pulse processing on the installation "Quantum-16": the energy density of the laser beam of 1.6-2.2 J / mm ² ; feed rate 0.4; pulse frequency 1.0 Hz; the roughness of the hardened surface Ra 0.32-0.41 microns.

Затем выполнялась обработка холодом при температуре 185 К в течение 10 мин и эластичное шлифование абразивным лепестковым кругом при нормальной нагрузке на образец 13-15 Н и скорости 30 м/с. Для изготовления лепестков круга использовалась шкурка на тканевой основе по ГОСТ 13344-67 из нормального электрокорунда зернистостью 8-10. Then, cold treatment was performed at a temperature of 185 K for 10 min and elastic grinding with an abrasive flap wheel at a normal load on the sample of 13-15 N and a speed of 30 m / s. For the manufacture of circle petals, a fabric-based skin was used according to GOST 13344-67 from normal electrocorundum with a grain size of 8-10.

Величины износостойкости в зависимости от высотных значений регулярного рельефа, расстояний между участками рисунка и коэффициента подачи по отношению к образцам, изготовленным из тех же материалов, но упрочненных в соответствии с известным способом (лазерная обработка плотность энергии луча 2,5 Дж/мм²; диаметр луча 2,5 мм; шаг обработки 5 мм; последующая механическая обработка алмазное виброполирование брусками из алмазов АСО 100%-ной концентрации, зернистостью 125/200; давление бруска на обрабатываемую поверхность 0,2 МПа, другие режимы задавались также по известному способу) приведены в табл.1 и 2.The values of wear resistance depending on the heights of the regular relief, the distances between the sections of the pattern and the feed coefficient with respect to samples made of the same materials, but hardened in accordance with a known method (laser processing, beam energy density 2.5 J / mm ² ; diameter 2.5 mm beam; 5 mm processing step; subsequent machining; diamond vibro polishing with ASO diamond bars of 100% concentration, 125/200 grit; bar pressure on the treated surface 0.2 MPa, other modes were also by a known method) are shown in Tables 1 and 2.

Повышенная износостойкость поверхностей, упрочненных в соответствии с предлагаемым способом, по сравнению с известным обусловлена меньшей способностью последних удерживать смазку на фрикционном контакте и созданием более благоприятных совокупностей свойств поверхностных слоев, определяющих износостойкость (уменьшается геометрическая и структурная неоднородности, повышается средняя микротвердость). Обеспечивается возможность широкого выбора оптимальных для различных условий изнашивания характеристик регулярного рельефа. Вследствие этого образцы, у которых регулярный рельеф образован предложенным способом, имеет интенсивность изнашивания во время приработки на 30-60% ниже при трении по древесине различных пород (влажность 80-100%) и на 30-55% при трении по сталям в условиях граничной смазки по сравнению с образцами, обработанными в соответствии с известным способом. Во время установившегося изнашивания в указанных условиях интенсивность изнашивания образцов, упрочненных предлагаемым способом, на 25-30% ниже, чем при реализации известного способа. The increased wear resistance of surfaces hardened in accordance with the proposed method, compared to the known one, is due to the lower ability of the latter to hold the lubricant at the frictional contact and the creation of more favorable combinations of surface layer properties that determine wear resistance (geometric and structural inhomogeneities decrease, average microhardness increases). A wide choice of the characteristics of a regular relief, optimal for various conditions of wear, is provided. As a result of this, the samples in which the regular relief is formed by the proposed method have a wear rate during running-in of 30-60% lower during friction on wood of various species (humidity 80-100%) and 30-55% when friction on steels under boundary conditions lubricants compared with samples processed in accordance with a known method. During steady-state wear under these conditions, the wear rate of samples hardened by the proposed method is 25-30% lower than when implementing the known method.

Из табл.1 следует, что уменьшение расстояния между соседними окрашенными участками менее 2,0 мм приводит к существенному понижению износостойкости, поэтому целесообразно назначать также расстояние при реализации способа не менее 2 мм. From table 1 it follows that a decrease in the distance between adjacent painted areas of less than 2.0 mm leads to a significant decrease in wear resistance, therefore, it is advisable to assign a distance of at least 2 mm when implementing the method.

Использование предлагаемого способа поверхностей упрочняющей обработки позволяет повысить износостойкость рабочих поверхностей деталей машин и инструментов, что обеспечивает снижение затрат на изготовление и повышение производительности труда в основном и инструментальном производствах машиностроительных и деревообрабатывающих предприятий. Using the proposed method of surfaces for hardening treatment allows to increase the wear resistance of the working surfaces of machine parts and tools, which reduces production costs and increases labor productivity in the main and tool production of machine-building and woodworking enterprises.

Как видно из табл.2, наибольшая износостойкость достигается при назначении коэффициента подачи луча 0,3-0,5 As can be seen from table 2, the greatest wear resistance is achieved when assigning a beam feed coefficient of 0.3-0.5

Claims

METHOD FOR SURFACE HARDENING TREATMENT, including the action of a laser beam on a hardenable surface and subsequent mechanical processing of the surface with an elastic tool with the formation of a regular relief, characterized in that, in order to increase wear resistance, a coloring material is applied to the hardened surface with a distance between adjacent sections of at least 2 mm with the formation of a pattern corresponding to the required geometry of a regular relief, after laser exposure, processing is carried out according to surface cold at 180 190 K for 10 15 min, while the laser beam is moved along the surface in the longitudinal and transverse directions with a feed coefficient of 0.3 to 0.5.