RU2058871C1 - Способ лазерной обработки деталей из жаропрочных материалов - Google Patents

Abstract

Использование: машиностроение, преимущественно газотурбинное двигателестроение для упрочнения и восстановления локальных участков поверхности лопаток, дисков соплового аппарата и других деталей. Способ лазерной обработки деталей из жаропрочных материалов включает позиционирование и перемещение деталей, подачу лазерного излучения на поверхность деталей, дозированную подачу наплавочного или легирующего материала в зону обработки, объемный нагрев деталей до 700 - 800^oС в процессе лазерной обработки и охлаждение в течение 2 - 3 ч. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к машиностроению, газотурбинному двигателестроению и может быть использовано для упрочнения и восстановления локальных участков поверхности лопаток, дисков, соплового аппарата и других деталей.

Способ упрочнения и восстановления (наплавки) металлических деталей лучом лазера [1] заключающийся в воздействии лазерного луча на поверхность детали с одновременной подачей регулируемой газопорошковой струи в зону обработки, приводит к возникновению трещин в наплавленных и модифицированных слоях. Причиной этого явления являются внутренние напряжения, вызванные различием в коэффициентах линейного расширения валика и подложки, а также напряжения, формирующиеся при охлаждении прогреваемой с поверхности самой подложки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ лазерной обработки деталей из жаропрочных сталей, заключающийся в позиционировании и перемещении деталей, подаче лазерного излучения на поверхность деталей, дозированной подаче порошкового материала в зону обработки, включающий предварительный нагрев до 300-400^оС деталей, подлежащих обработке.

Этот способ дает удовлетворительные результаты при наплавке самофлюсующихся Cr-B-Ni-сплавов на массивные стальные детали, которые не успевают остывать при переносе из подогревающей печи в технологическую ячейку и в процессе лазерной обработки.

Однако этот способ не позволяет полностью исключить возникновение трещин при обработке сравнительно мелких деталей из жаропрочных никелевых и железоникелевых сплавов, которые с одной стороны быстро остывают ввиду небольшой массы, а с другой более склонны к растрескиванию при поверхностном скоростном нагреве, что может быть связано с большим, чем у сталей, коэффициентом термического расширения и большим количеством структурных включений. Введение стабилизирующих добавок в наплавочный материал также нежелательно, так как приводит к снижению жаро- и износостойкости покрытий.

Целью изобретения является повышение ресурса работы малогабаритных деталей путем исключения образования трещин.

Цель достигается тем, что в известном способе лазерной обработки деталей из жаропрочных материалов, включающем позиционирование и перемещение деталей, подачу лазерного излучения на поверхность деталей, дозированную подачу порошкового материала в зону обработки и охлаждение, общий нагрев деталей производят в процессе лазерной обработки.

Другое отличие состоит в том, что температуру нагрева увеличивают до 700-800^оС.

Нагрев в процессе обработки исключает остывание детали и позволяет поддержать температуру постоянной в течение времени обработки. Увеличение температуры нагрева до 700-800^оС позволяет снизить уровень внутренних напряжений в подложке в несколько раз и полностью исключить возникновение трещин (коэффициент линейного расширения никелевых сплавов близок к коэффициенту линейного расширения наплавочных материалов на карбидо-хромовой основе).

Способ был опробован при наплавке двух типов порошков на основе карбида, хрома (Cr₃C₂/Ni карбид хрома, плакированный никелем и КХН-15 сферодизированный порошок карбида хрома на никелевой связке) на детали из никелевого сплава Ж6У.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Деталь 1 размещают в нагревательной ячейке 2, изготовленной из нержавеющей стали и теплоизолированной шамотным кирпичом; в качестве нагревателей 3 используют стержни из карбида кремния. Нагревательную ячейку устанавливают на столе 4 перемещающего устройства. Перед обработкой деталь выдерживают в ячейке до 700^оС, которую контролируют термопарой. По достижении нужной температуры проводят лазерную обработку по известному способу. После этого нагревательную ячейку выключают, деталь остывает вместе с ней до 350-400^о и затем переносится в сушильный шкаф, в котором медленно охлаждается в течение 2 ч до комнатной температуры. После этого обработанная поверхность шлифуется и контроль на наличие трещин осуществляется методами цветовой дефектоскопии, а также металлографического анализа. Для сравнения анализируют аналогичные образцы после предварительного нагрева в печи до 350-400^оС и обработанные при непосредственно нагреве до 400^оС.

После обработки предварительно нагретых деталей указанных размеров количество и характер расположения трещин такой же, как при обработке холодных деталей. При подогреве до t=300-400^оС трещины остаются, но количество и их ширина уменьшаются. Использование предлагаемого способа по сравнению с существующими позволяет полностью исключить возникновение трещин, увеличить ресурс работы изделий и расширить область внедрения лазерной технологи применительно к более ответственным деталям.

Режим обработки при температуре подогрева t=700^оС приведен в таблице.

Claims (2)

1. СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, при котором осуществляют нагрев деталей, дозированную подачу порошкового материала, перемещение детали относительно лазерного излучения и ее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности путем исключения трещинообразования, нагрев детали производят в течение всего цикла обработки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют до 700 - 800^oС.

Images