RU2113508C1

RU2113508C1 - Method for production of hardening coating

Info

Publication number: RU2113508C1
Application number: RU95118632A
Authority: RU
Inventors: Л.М. Абрамов; А.С. Астахин
Original assignee: Ковровская государственная технологическая академия
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1995-11-01
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: materials technology, in particular, production of high-grade coatings on machine parts operating under conditions of high pressures and temperatures; may be used in engineering fields where high physical and mechanical and service characteristics of working surfaces of machines are required. SUBSTANCE: includes preliminary cooling, withdrawal of a part of treated zone of article from process medium. Then this zone is heated by laser beam in the air under conditions of fusing with concurrent cooling of boundary of zone of laser effect with process medium. EFFECT: provision of production of coatings with preset physical and mechanical operating characteristics. 2 dwg , 1 tbl

Description

Изобретение относится к материаловедению, а именно к получению высококачественных покрытий на деталях машин, работающих в условиях высоких давлений и температур. The invention relates to materials science, and in particular to the production of high-quality coatings on machine parts operating under high pressures and temperatures.

Известен способ упрочнения режущего инструмента, включающий объемную закалку, отпуск и поверхностную закалку перемещающимся лазерным пучком, под заданным углом к режущей кромке инструмента с образованием дорожек упрочнения с заданным смещением друг относительно друга по отношению к ширине отдельной дорожки [1]. A known method of hardening of a cutting tool, including volume hardening, tempering and surface hardening by a moving laser beam, at a given angle to the cutting edge of the tool with the formation of hardening tracks with a given offset relative to each other with respect to the width of an individual track [1].

Недостатками такого способа является структурная неоднородность обработанного слоя материалов и невозможность получения качественного упрочненного покрытия вследствие разности температурных условий для каждой зоны, обработанной за один проход лазера. The disadvantages of this method are the structural heterogeneity of the treated layer of materials and the inability to obtain high-quality hardened coatings due to the difference in temperature conditions for each zone processed in one pass of the laser.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ термической обработки изделий, включающий предварительное охлаждение и последующий поверхностный нагрев лазерным излучением под слоем жидкого азота. Предварительное охлаждение осуществляют путем нанесения слоя жидкого азота толщиной 0,5-1,5 мм [2]. The closest in technical essence to the proposed solution is a method of heat treatment of products, including pre-cooling and subsequent surface heating by laser radiation under a layer of liquid nitrogen. Pre-cooling is carried out by applying a layer of liquid nitrogen with a thickness of 0.5-1.5 mm [2].

Недостатками данного способа являются получение нестабильных геометрических и физико-механических свойств покрытия, возникновение нестационарной экранировки лазерного излучения, вследствие испарения слоя жидкого азота с поверхности изделия, применение в качестве охлаждающей жидкостной среды только жидкого азота, а также и то, что данный способ не позволяет вести лазерную обработку в режиме оплавления с достижением сверхкритических скоростей охлаждения. The disadvantages of this method are to obtain unstable geometric and physico-mechanical properties of the coating, the occurrence of unsteady screening of laser radiation due to the evaporation of a layer of liquid nitrogen from the surface of the product, the use of liquid nitrogen as a cooling liquid medium, and the fact that this method does not allow laser processing in the reflow mode with achievement of supercritical cooling rates.

Задачей настоящего изобретения является получение высококачественного износостойкого покрытия на деталях машин, работающих в условиях высоких давлений и температур. An object of the present invention is to provide a high-quality wear-resistant coating on machine parts operating under high pressures and temperatures.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем предварительное охлаждение с последующим нагревом лазерным лучом, после предварительного охлаждения часть обрабатываемой зоны извлекают из технологической среды, производят обработку лазерным излучением на воздухе в режиме оплавления и одновременно с ней охлаждают границу зоны лазерного воздействия технологической средой. The problem is achieved in that in a method including pre-cooling followed by heating by a laser beam, after pre-cooling, part of the treated zone is removed from the process medium, laser radiation is applied to the air in the reflow mode, and at the same time, the boundary of the laser exposure zone is cooled by the process medium.

Извлечение части обрабатываемой зоны из технологической среды позволяет вести лазерную обработку в режиме оплавления, что дает возможность избежать не только возникновение нестабильностей физико- механических и геометрических свойств изделия, вследствие того, что различные технологические среды обладают различными коэффициентами отражения и поглощения, но и исключить возникновение нестационарной экранировки лазерного излучения в процессе обработки, вследствие испарения слоя технологической жидкости непостоянной величины с поверхности изделия. Removing part of the treated zone from the technological medium allows laser processing in the reflow mode, which makes it possible to avoid not only the occurrence of instabilities in the physicomechanical and geometric properties of the product, due to the fact that different technological media have different reflection and absorption coefficients, but also to exclude the occurrence of unsteady shielding of laser radiation during processing due to the evaporation of a layer of a process fluid of a variable value with higher Product ited.

Предпочтительней обработку вести в жидкостных технологических средах. Одновременное с лазерной обработкой охлаждение границы зоны лазерного воздействия технологической средой при использовании различных технологических сред с различными коэффициентами теплопроводности и изменении технологических параметров обработки (плотность мощности лазерного излучения, диаметр пятна, скорость перемещения пятна по поверхности изделия) дает возможность регулировать скорость нагрева и охлаждения в широком диапазоне и получать покрытия различной глубины с наперед заданными физико- механическими и служебными характеристиками. It is preferable to conduct processing in liquid technological environments. Simultaneous with laser processing, cooling of the boundary of the zone of laser exposure by a technological medium using various technological media with different coefficients of heat conductivity and changing processing parameters (laser power density, spot diameter, spot moving speed over the product surface) makes it possible to control the heating and cooling rate in a wide range and receive coatings of various depths with predetermined physico-mechanical and service hara characteristics.

В общем случае покрытие, полученное из основного материала изделия по предлагаемому способу, состоит из трех слоев аморфизированного слоя, переходного слоя и слоя основного материала. In the General case, the coating obtained from the main material of the product according to the proposed method consists of three layers of an amorphized layer, a transition layer and a layer of the main material.

На фиг.1 представлен общий вид установки для получения упрочняющего покрытия на деталях машин; на фиг.2 - то же, вид сверху. Figure 1 presents a General view of the installation to obtain a hardening coating on machine parts; figure 2 is the same, a top view.

Установка содержит лазерное устройство, включающее источник лазерного излучения 1 и обрабатывающую головку 2, устройство закрепления и вращения заготовки 3, погруженное в технологическую среду 4. The installation includes a laser device, including a laser source 1 and a processing head 2, a device for fixing and rotating the workpiece 3, immersed in the technological environment 4.

Заготовку с помощью устройства 3 устанавливают в ванне, заполненной технологической средой, в качестве которой использовали жидкий азот настолько, чтобы часть заготовки (поверхность А) находилась над раствором, и придают заготовке вращение с определенной скоростью. После включения источника лазерного излучения 1 обрабатывающей головке 2 придают перемещение по заданному закону относительно вращающейся заготовки, обрабатывая и одновременно охлаждая границу зоны лазерного воздействия, находящуюся в данный момент над технологической средой. The workpiece using the device 3 is installed in a bath filled with a process medium, which was used liquid nitrogen so that part of the workpiece (surface A) was above the solution, and the workpiece was rotated at a certain speed. After turning on the laser radiation source 1, the processing head 2 is moved according to a predetermined law with respect to the rotating workpiece, while processing and simultaneously cooling the boundary of the laser exposure zone, which is currently above the process medium.

Предлагаемый способ был осуществлен при обработке зубчатых колес из сталей 12ХНЗА и 40Х с модулем 2 мм, количеством зубьев 24, шириной зубчатого венца 11 мм. Лазерная обработка с максимальным оплавлением поверхности заготовки проводилась на непрерывном CO₂- лазере типа 1600ПЛ4 мощностью 1,3 кВт.The proposed method was carried out in the processing of gears made of 12KhNZA and 40X steels with a module of 2 mm, the number of teeth 24, the width of the ring gear 11 mm. Laser processing with maximum melting of the workpiece surface was carried out on a continuous CO ₂ laser of the 1600PL4 type with a power of 1.3 kW.

Для получения сравнительных данных параллельно проводилась термическая обработка однотипных деталей по известной технологии. Результаты сведены в таблицу. To obtain comparative data, heat treatment of similar parts was carried out in parallel using known technology. The results are tabulated.

Claims

A method of obtaining a hardening coating, including pre-cooling in a process medium followed by surface heating by laser radiation, characterized in that after pre-cooling part of the treated zone is removed from the process medium, laser radiation is processed in air in the reflow mode and at the same time the boundary of the laser zone is cooled exposure to the technological environment.