RU2684176C2 - Method of laser hardening of parts surface - Google Patents

Method of laser hardening of parts surface Download PDF

Info

Publication number
RU2684176C2
RU2684176C2 RU2017106881A RU2017106881A RU2684176C2 RU 2684176 C2 RU2684176 C2 RU 2684176C2 RU 2017106881 A RU2017106881 A RU 2017106881A RU 2017106881 A RU2017106881 A RU 2017106881A RU 2684176 C2 RU2684176 C2 RU 2684176C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
hardening
parts
laser hardening
part surface
Prior art date
Application number
RU2017106881A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017106881A (en
RU2017106881A3 (en
Inventor
Владимир Павлович Бирюков
Элгуджа Георгиевич Гудушаури
Денис Юрьевич Татаркин
Алексей Анатольевич Фишков
Original Assignee
Владимир Павлович Бирюков
Элгуджа Георгиевич Гудушаури
Денис Юрьевич Татаркин
Алексей Анатольевич Фишков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Павлович Бирюков, Элгуджа Георгиевич Гудушаури, Денис Юрьевич Татаркин, Алексей Анатольевич Фишков filed Critical Владимир Павлович Бирюков
Priority to RU2017106881A priority Critical patent/RU2684176C2/en
Publication of RU2017106881A publication Critical patent/RU2017106881A/en
Publication of RU2017106881A3 publication Critical patent/RU2017106881A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2684176C2 publication Critical patent/RU2684176C2/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, particularly, to heat treatment of materials surface by concentrated energy sources, and can be used for laser hardening of surface of parts from iron-carbon alloys. To improve the part processing quality by excluding the tempering zones, the method of laser hardening of the part surface involves heating the part surface with a laser beam using a scanner, wherein part surface heating is performed by continuous laser when beam is moved along normal to its displacement vector with oscillation frequency of beam 10÷200 Hz, amplitude of oscillations A=(2÷100)d and with radiation energy density 20÷26 W c/mm2, where d is diameter of beam on part surface.
EFFECT: method of laser hardening of parts surface is proposed.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термообработке поверхности материалов концентрированными источниками энергии и может быть использовано для лазерного упрочнения поверхности деталей из железоуглеродистых сплавов.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to heat treatment of the surface of materials with concentrated energy sources and can be used for laser hardening of the surface of parts made of iron-carbon alloys.

Известен способ лазерной термообработки, включающий формирование зоны термической обработки за несколько проходов луча лазера с перекрывающимися зонами, сфокусированного в световое пятно лазерного излучения (Головко Л.Ф. и др. «Обеспечение качества слоев, полученных лазерной наплавкой или упрочняющей обработкой». Автоматическая сварка, 2001 г., №12, С. 47-.52).A known method of laser heat treatment, including the formation of a heat treatment zone for several passes of the laser beam with overlapping zones, focused in the light spot of the laser radiation (Golovko LF and others. "Ensuring the quality of the layers obtained by laser welding or hardening". Automatic welding, 2001, No. 12, S. 47-.52).

Недостатком данного способа является низкая производительность процесса обработки (ограниченная ширина обработки за один проход лазерного луча) и относительно низкое качество обработки, обусловленное тепловым влиянием при наложении полосы на предыдущую полосу, что увеличивает количество зон отпуска на упрочненной поверхности.The disadvantage of this method is the low productivity of the processing process (limited processing width in one pass of the laser beam) and the relatively low quality of processing due to thermal influence when applying a strip to the previous strip, which increases the number of tempering zones on the hardened surface.

Известен способ лазерной термической обработки, включающий воздействие непрерывным лучом на поверхность детали, при этом вертикальные или наклонные поверхности детали наносят параллельные дорожки упрочнения с перекрытием (патент №2425894 по кл. C21D 1/09 от 10.08.2011 г.)A known method of laser heat treatment, including the action of a continuous beam on the surface of the part, while the vertical or inclined surfaces of the part are applied parallel hardening tracks with overlap (patent No. 2425894 according to class C21D 1/09 from 08/10/2011)

Данный способ позволяет осуществлять лазерную термическую обработку крупногабаритных деталей сложной формы.This method allows laser heat treatment of large-sized parts of complex shape.

Недостатком данного способа является относительно низкое качество обработки, обусловленное большим количеством зон отпуска на обрабатываемой поверхности, приводящих к снижению прочности поверхности.The disadvantage of this method is the relatively low quality of processing, due to the large number of tempering zones on the treated surface, leading to a decrease in surface strength.

Известно техническое решение лазерного упрочнения поверхности деталей, включающее воздействие лазерным лучом на поверхность детали, при этом воздействие осуществляют сканирующим лазерным лучом при помощи сканатора (B.C. Майоров Лазерное упрочнение металлов, «Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок» Под ред. В.Я. Панченко. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009, Глава 12).A technical solution is known for laser hardening of the surface of parts, including the action of a laser beam on the surface of a part, the effect being carried out by a scanning laser beam using a scanner (BC Mayorov Laser hardening of metals, "Laser technology for processing materials: current problems of basic research and applied developments" Ed. V.Ya. Panchenko. M.: FIZMATLIT, 2009, Chapter 12).

Недостатком способа, указанного в данном материале является относительно низкая производительность способа, обусловленная тем, что обработанная лазером площадь составляет около 20-70% от общей площади, а выполнение термической обработки со значительным перекрытием лазерных дорожек приводит к значительному тепловому влиянию при наложении полосы на предыдущую полосу, увеличению зон отпуска, что в конечном итоге снижает качество упрочнения поверхности деталей.The disadvantage of the method specified in this material is the relatively low productivity of the method, due to the fact that the laser-treated area is about 20-70% of the total area, and the heat treatment with significant overlap of the laser tracks leads to a significant thermal effect when applying a strip to the previous strip , increase the zones of tempering, which ultimately reduces the quality of hardening of the surface of the parts.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в повышении производительности способа лазерного упрочнения поверхности деталей и качества упрочнения поверхности деталей.The problem to which the claimed invention is directed is to increase the productivity of the method of laser hardening of the surface of parts and the quality of hardening of the surface of parts.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе лазерного упрочнения поверхности деталей, включающем нагрев поверхности детали лазерным лучом с использованием сканатора, нагрев поверхности детали осуществляют непрерывным лазером при перемещения луча по нормали к вектору его перемещения с частотой колебаний луча 10÷1200 Гц, амплитудой колебаний А=(2÷100) d и с плотностью энергии излучения 12÷26 Вт с/мм2, где d - диаметр луча на поверхности детали.The problem is solved due to the fact that in the method of laser hardening of the surface of the parts, including heating the surface of the part with a laser beam using a scanner, heating of the surface of the part is carried out by a continuous laser while moving the beam along the normal to its displacement vector with a beam oscillation frequency of 10 ÷ 1200 Hz, amplitude oscillations A = (2 ÷ 100) d and with a radiation energy density of 12 ÷ 26 W s / mm 2 , where d is the beam diameter on the surface of the part.

На фиг. 1 представлена иллюстрация способа лазерного упрочнения поверхности детали, где 1 - обрабатываемая деталь, 2 - зона нагрева, 3 - фокусирующая линза, 4 - сканатор с колеблющимся зеркалом, 5 - лазерный луч.In FIG. 1 is an illustration of a laser hardening method for the surface of a part, where 1 is a workpiece, 2 is a heating zone, 3 is a focusing lens, 4 is a scanner with an oscillating mirror, 5 is a laser beam.

Способ лазерного упрочнения осуществляется следующим образом.The laser hardening method is as follows.

Плоская поверхность обрабатываемой детали 1 в виде плоской заготовки, перемещающейся по указанной на фиг. 1 стрелке, подвергается обработке сканирующим лазерным лучом 5. Использование сканатора 4 с колеблющимся зеркалом позволяет увеличить ширину зоны обрабатываемой поверхности, а перемещение луча по нормали к вектору его перемещения с частотой колебаний луча 10÷1200 Гц, с амплитудой А=(2÷100) d и с плотностью энергии излучения 12÷26 Вт с/мм2, позволяет значительно увеличить зону обрабатываемой поверхности в два, три раза по отношению к существующим способам лазерного упрочнения металлов. Ширина зоны обрабатываемой поверхности определяется амплитудой «А» (фиг. 1).The flat surface of the workpiece 1 in the form of a flat workpiece moving along the line shown in FIG. 1 arrow, it is processed by a scanning laser beam 5. Using a scanner 4 with an oscillating mirror allows to increase the width of the zone of the treated surface, and moving the beam along the normal to the vector of its movement with a beam oscillation frequency of 10 ÷ 1200 Hz, with amplitude A = (2 ÷ 100) d and with a radiation energy density of 12 ÷ 26 W s / mm 2 , it can significantly increase the area of the treated surface in two, three times in relation to existing methods of laser hardening of metals. The width of the zone of the treated surface is determined by the amplitude "A" (Fig. 1).

Кроме того достигается равномерность глубины закаленной зоны, значительное снижение количество зон отпуска и дефектов на поверхности. Указанный режим обработки обеспечивает однородное распределение лазерного пучка, при неизменном модовом составе пучка и многократно перемещающие его по зоне нагрева с обеспечением равномерного цикла закалки.In addition, a uniform depth of the hardened zone is achieved, a significant reduction in the number of tempering zones and defects on the surface. The specified processing mode provides a uniform distribution of the laser beam, with a constant mode composition of the beam and repeatedly moving it along the heating zone with a uniform hardening cycle.

Таким образом, данный способ упрочнения поверхности деталей позволяет значительно повысить производительность процесса закалки, качество закалки и тем самым износостойкость покрытия.Thus, this method of hardening the surface of parts can significantly improve the performance of the hardening process, the quality of hardening, and thereby the wear resistance of the coating.

Claims (1)

Способ лазерного упрочнения поверхности деталей, включающий нагрев поверхности детали лазерным лучом с использованием сканатора, отличающийся тем, что нагрев поверхности детали осуществляют непрерывным лазером при перемещении луча по нормали к вектору его перемещения с частотой колебаний луча 10÷200 Гц, амплитудой колебаний А=(2÷100) d и с плотностью энергии излучения 20÷26 Вт с/мм2, где d - диаметр луча на поверхности детали.The method of laser hardening of the surface of the parts, including heating the surface of the part with a laser beam using a scanner, characterized in that the heating of the surface of the part is carried out by a continuous laser while moving the beam along the normal to its displacement vector with a beam oscillation frequency of 10 ÷ 200 Hz, oscillation amplitude A = (2 ÷ 100) d and with a radiation energy density of 20 ÷ 26 W s / mm 2 , where d is the beam diameter on the part surface.
RU2017106881A 2017-03-02 2017-03-02 Method of laser hardening of parts surface RU2684176C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106881A RU2684176C2 (en) 2017-03-02 2017-03-02 Method of laser hardening of parts surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106881A RU2684176C2 (en) 2017-03-02 2017-03-02 Method of laser hardening of parts surface

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017106881A RU2017106881A (en) 2018-09-04
RU2017106881A3 RU2017106881A3 (en) 2018-10-23
RU2684176C2 true RU2684176C2 (en) 2019-04-04

Family

ID=63478922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106881A RU2684176C2 (en) 2017-03-02 2017-03-02 Method of laser hardening of parts surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2684176C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2699602C1 (en) * 2019-04-02 2019-09-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) Method of laser hardening of metal surfaces

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5923823A (en) * 1982-07-29 1984-02-07 Nippon Steel Corp Improving device for magnetic characteristic of electrical steel sheet
SU1680781A1 (en) * 1988-04-29 1991-09-30 Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова Method of surface beam heat treatment
RU2545473C1 (en) * 2013-11-28 2015-03-27 Владимир Павлович Бирюков Thread strengthening method
EA023676B1 (en) * 2012-07-27 2016-06-30 Владимир Владимирович Жарский Method of surface hardening of metal articles by traveling laser beam

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5923823A (en) * 1982-07-29 1984-02-07 Nippon Steel Corp Improving device for magnetic characteristic of electrical steel sheet
SU1680781A1 (en) * 1988-04-29 1991-09-30 Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова Method of surface beam heat treatment
EA023676B1 (en) * 2012-07-27 2016-06-30 Владимир Владимирович Жарский Method of surface hardening of metal articles by traveling laser beam
RU2545473C1 (en) * 2013-11-28 2015-03-27 Владимир Павлович Бирюков Thread strengthening method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017106881A (en) 2018-09-04
RU2017106881A3 (en) 2018-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102211009B1 (en) Method and system for laser hardening of a surface of a workpiece
CN106755756B (en) A kind of laser-quenching apparatus and method of the bearing surface without the soft band of tempering
RU2563572C1 (en) Steel articles surface hardening
CN112501419B (en) Method and apparatus for heat treating ferrous material using energy beam
IL46078A (en) Method of case-alloying metals such as steel or cast iron
Sancho et al. Dynamic control of laser beam shape for heat treatment
RU2684176C2 (en) Method of laser hardening of parts surface
TW201815501A (en) Metal molded body surface roughening method
RU2618013C1 (en) Method of laser welding of metal coatings
Jong-Do et al. Laser transformation hardening on rod-shaped carbon steel by Gaussian beam
RU2641444C2 (en) Method of mechanical processing of steel casting with fragmentation of chips
RU2522919C1 (en) Method of forming microstructured layer of titanium nitride
JP2020050906A (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus for three-dimensional workpiece
RU2482194C2 (en) Method of laser processing of gear tooth working surface
RU2366553C2 (en) Method of laser hard-facing
Rathod et al. Laser surface hardening of ductile irons
RU2545473C1 (en) Thread strengthening method
RU2537429C2 (en) Laser hardening of flat billet
CN114085957A (en) Robot follow-up laser quenching method
RU2273671C1 (en) Method of repair of defects in surfaces of metals
KR102074737B1 (en) Cutting Apparatus using Laser Spot Beam
RU2640516C1 (en) Method of hollow metal blank laser hardening
RU2703768C1 (en) Method of laser steel hardening at wide path of hardening
SU1764904A1 (en) Method of laser machining
RU2536854C2 (en) Steel articles surface hardening

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190515