RU2700900C1 - Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов - Google Patents

Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов Download PDF

Info

Publication number
RU2700900C1
RU2700900C1 RU2019113887A RU2019113887A RU2700900C1 RU 2700900 C1 RU2700900 C1 RU 2700900C1 RU 2019113887 A RU2019113887 A RU 2019113887A RU 2019113887 A RU2019113887 A RU 2019113887A RU 2700900 C1 RU2700900 C1 RU 2700900C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
laser beam
cast iron
heat treatment
spot
Prior art date
Application number
RU2019113887A
Other languages
English (en)
Inventor
Вадим Андреевич Моторин
Дмитрий Сергеевич Гапич
Людмила Венедиктовна Костылева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ)
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ)
Priority to RU2019113887A priority Critical patent/RU2700900C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2700900C1 publication Critical patent/RU2700900C1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу термической обработки металлов и может быть использовано для получения износостойких структур при изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ50. Поверхность инструмента подвергают лазерному воздействию с мощностью пучка P=2,1 кВт и с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча 0,3. Обработку проводят многоканальным CO2-лазером с непрерывным режимом работы. Диаметр пятна лазерного луча в зоне обработки формируют равным d=9 мм. Скорость перемещения υ=480 мм/с. Технический результат заключается в получении чистого отбеленного слоя высокой твердости глубиной 0,16 мм. 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к способам термической обработки металлов, в частности к способам получения износостойких структур при изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих орудий.
Известны высокоэнергетические лазерные и электроннолучевые импульсные обработки с эффективным модифицированием структуры приповерхностного слоя изделий из различных материалов (Ivanov Y.F., Rotshtein V.P., Proskurovsky D.I., Qrlov P.V., Polestchenko K.N., Ozur G.E., Goncharenko I.M. Pulsed electronbeam treatment of WC-TiC-Co hard-alloy cutting tools: wear resistance and microstructural evolution // Surface and coating technology, 2000. - V. 125. - P. 255-256). Сверхвысокие скорости нагрева (до 106 град/с) тонкого приповерхностного слоя материала (10-1 мм для лазерного и 10-4-10-3 мм для электронного пучков) до закритических температур и формирование предельных градиентов температуры (до 107-108 град/м), обеспечивающих охлаждение приповерхностного слоя за счет теплоотвода в основной объем материала со скоростью 104-109 град/с, определяют необходимые условия образования в приповерхностном слое неравновесных структурно-фазовых состояний. Последние характеризуются более высокими значениями плотности и дисперсности внутренней структуры по сравнению с исходным состоянием материала.
К недостаткам аналога следует отнести низкую стабильность получения равномерной глубины отбела поверхности чугунных рабочих органов почвообрабатывающих орудий.
Известен способ лазерного упрочнения полой металлической заготовки, включающий воздействие лазерным лучом непрерывного действия на поверхность заготовки с образованием расплавленного слоя металла, воздействие лазерным лучом непрерывного действия осуществляют на по меньшей мере одну локальную зону металлической заготовки на заданную глубину с образованием на внешней и внутренней поверхностях стенки заготовки локальных зон переплава с функциональным градиентным слоем, при этом в начале переплава плавно увеличивают мощность лазерного луча от 2 до 10 кВт в течение 200 миллисекунд и плавно уменьшают мощность лазерного луча с 10 кВт до 0 за 400 миллисекунд в конце локального переплава, локальными зонами являются зоны детали, которые при работе подвергают фрикционному, коррозионному, эрозионному износу, металлическую заготовку при необходимости снятия напряжений после локального переплава дополнительно подвергают термической обработке печной или ТВЧ, источник лазерного луча используют в виде волоконного лазера, или твердотельного лазера, или CO2 - лазера, или диодного лазера, для заготовок толщиной свыше 8 мм для равномерности наружного и внутреннего участков переплава может применяться заглубление фокуса в диапазоне 1-4 мм (Патент РФ №2640516 C1, C21D 1/09, B23K 26/354, 09.01.2018 г).
К недостаткам аналога следует отнести то, что способ не предусматривает термообработку металлических поверхностей.
Известен способ обработки изделий из керамики на основе диоксида циркония. Суть способа заключается в том, что после спекания керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, поверхность облучают 1-10 импульсами пучка электронов с энергией 15-30 кэВ, длительностью импульса 30-100 мкс и плотностью 40-100 А/см2 (Патент РФ №2287503 C1, С04В 41/80, С04В 35/48, 20.11.2006 г).
К недостаткам аналога следует отнести то, что способ не предусматривает термообработку металлических поверхностей.
В качестве прототипа выбран способ лазерной обработки пластически деформирующего инструмента из оксидной циркониевой керамики, при котором поверхность инструмента подвергают импульсному лазерному воздействию, каждая пачка импульсов которого формирует пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка на образце, с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча в диапазоне от 0,1 до 0,9, при этом обработку проводят с частотой следования импульсов от 120 до 130 кГц, числом импульсов в пачке более 95 и мощностью пучка на образце от 12 до 13 Вт, поверхность инструмента подвергают импульсному лазерному воздействию с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча в диапазоне от 0,3 до 0,5. (Патент РФ №2612182 C1, С04В 41/91, В21С 3/02, 02.03.2017).
Недостатками прототипа является отсутствие условий для формирования стабильного по глубине отбеленного поверхностного слоя по всей поверхности режущей части рабочих органов.
Технической задачей данного изобретения является - повышение износостойкости и эксплуатационных характеристик лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий.
Технический результат - получение заданной стабильной глубины чистого отбеленного слоя глубиной 0,16 мм в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна, повышение твердости.
Технический результат достигается способом термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов, при котором поверхность инструмента подвергают лазерному воздействию, формируя пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка на образце, с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча в диапазоне от 0,1 до 0,9, при этом обрабатывают поверхности режущих частей и лезвий рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ 50 многоканальным CO2 - лазером непрерывным режимом работы, формируют пятно лазерного луча на образце мощностью P=2,1 кВт, при этом диаметром пятна излучения в зоне обработки формируют равным d=9 мм, обрабатывают со скоростью перемещения υ=480 мм/с и коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча 0,3.
Отличительные существенные признаки, влияющие на достижение заявленного технического результата:
- обработку проводят лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ 50;
- получение отбела осуществляли многоканальным CO2 - лазером непрерывным режимом работы, мощностью пучка на образце W=2,1 кВт, диаметром пятна излучения в зоне обработки d=9 мм, с коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча 0,3 и скоростью перемещения υ=480 мм/с.
Оптимальные режимы способа определялись в процессе эксперимента на автоматизированном лазерно-технологическом комплексе АЛТКУ-3 (многоканальный CO2 - лазер).
Зональное структурирование отливок долота, обеспечивает их высокую износостойкость и сохранность остроты режущей кромки за счет высокой твердости отбеленного слоя и реализации эффекта самозатачивания при работе плуга, а также создает достаточный уровень сопротивления динамическим нагрузкам за счет бейнитной структуры в основном объеме детали.
Пример конкретного выполнения.
Исследование проводили на термически обработанных образцах (отливках) из чугуна ВЧ50. Режим термической обработки приведен в таблице.
Figure 00000001
Полученные в результате термической обработки структуры исследовали с помощью металлографического микроскопа «Neophot-21» на микрошлифах, травленых 4% ниталем. Локальную твердость упрочненных зон и отдельных структурных составляющих определяли с помощью прибора ПМТ-3. Общую твердость по Роквеллу, а также ударную вязкость по Шарпи определяли стандартными методами по ГОСТ 9012-59, 9013-59 и 9454-78 соответственно. Микротвердость отбеленного ледебуритного слоя, сформированного на чугуне была примерно H50=10210±1403 МПа. В процессе лазерного термоупрочнения удалось получить отбеленный слой глубиной 0,16 мм.
Таким образом, заявленный способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов обеспечивает получение заданной стабильной глубины чистого отбеленного слоя глубиной 0,16 мм в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна, повышение твердости.

Claims (1)

  1. Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов, включающий лазерное воздействие на поверхность инструмента, при этом формируют пятно лазерного луча с определенной мощностью пучка, отличающийся тем, что обрабатывают поверхность режущих частей и лезвий рабочих органов режущего инструмента из высокопрочного чугуна ВЧ50 многоканальным CO2-лазером с непрерывным режимом работы, формируют пятно лазерного луча с мощностью пучка P=2,1 кВт, при этом диаметр пятна лазерного луча в зоне обработки формируют равным d=9 мм, обрабатывают со скоростью перемещения υ=480 мм/с и коэффициентом перекрытия пятна лазерного луча 0,3.
RU2019113887A 2019-05-06 2019-05-06 Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов RU2700900C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113887A RU2700900C1 (ru) 2019-05-06 2019-05-06 Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113887A RU2700900C1 (ru) 2019-05-06 2019-05-06 Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2700900C1 true RU2700900C1 (ru) 2019-09-23

Family

ID=68063264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019113887A RU2700900C1 (ru) 2019-05-06 2019-05-06 Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2700900C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802032C1 (ru) * 2022-12-26 2023-08-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) Способ распределения металлографических структур в рабочих органах почвообрабатывающих орудий по зонам функционального назначения

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1479526A1 (ru) * 1987-08-28 1989-05-15 Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования Способ термической обработки металлических изделий
SU1507815A1 (ru) * 1987-07-02 1989-09-15 Казахский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Комбикормовой Промышленности Способ термической обработки стальных изделий и устройство дл его осуществлени
SU1668417A1 (ru) * 1988-10-28 1991-08-07 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина Способ термической обработки изделий из чугуна
EP2386661B1 (en) * 2010-05-12 2017-07-12 General Electric Company System and method for laser shock peening

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1507815A1 (ru) * 1987-07-02 1989-09-15 Казахский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Комбикормовой Промышленности Способ термической обработки стальных изделий и устройство дл его осуществлени
SU1479526A1 (ru) * 1987-08-28 1989-05-15 Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования Способ термической обработки металлических изделий
SU1668417A1 (ru) * 1988-10-28 1991-08-07 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина Способ термической обработки изделий из чугуна
EP2386661B1 (en) * 2010-05-12 2017-07-12 General Electric Company System and method for laser shock peening

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802032C1 (ru) * 2022-12-26 2023-08-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) Способ распределения металлографических структур в рабочих органах почвообрабатывающих орудий по зонам функционального назначения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2711389C1 (ru) Способ повышения износостойкости рабочих органов из высокопрочного чугуна CO2 - лазером
Bohlen et al. Additive manufacturing of tool steel by laser metal deposition
Lauer et al. Influence of the pulse duration onto the material removal rate and machining quality for different types of steel
Wang et al. Fabrication of micro-channels on Al2O3/TiC ceramics using picosecond laser induced plasma micromachining
Tangwarodomnukun et al. Evolution of milled cavity in the multiple laser scans of titanium alloy under a flowing water layer
Aziz et al. Influence of Nd-YAG laser beam on microstructure and wear characteristics of gray cast iron
RU2700900C1 (ru) Способ термообработки режущего инструмента из высокопрочного чугуна для разработки грунтов
RU2700898C1 (ru) Способ получения отбеленного слоя на поверхности рабочих органов из высокопрочного чугуна
RU2700903C1 (ru) Способ лазерного термоупрочнения
RU2700899C1 (ru) Способ термообработки высокопрочного чугуна оптическим квантовым генератором
Charee et al. Experimental investigation and modeling of laser surface melting process for AISI 9254 commercially high silicon spring steel
Rihakova et al. Laser drilling of alumina ceramics using solid state Nd: YAG laser and QCW fiber laser: Effect of process parameters on the hole geometry
Abd Ali et al. Effect of fibre laser surface treatment on wear resistance of gray cast iron ASTM A48
Kapustynskyi et al. Optimization of the parameters of local laser treatment for the creation of reinforcing ribs in thin metal sheets
Lesyk et al. Laser transformation hardening effect on hardening zone features and surface hardness of tool steel AISI D2
Ulewicz et al. Impact of Laser Machining on the Structure and Properties of Tool Steels
Khashan et al. Features of spot-matrix surface hardening of low-carbon steel using pulsed laser
Newishy et al. Surface treatment of AISI M2 tool steel by laser melting
Fauzun et al. Effects of thermal fatigue on laser modified H13 die steel
Zhang et al. Picosecond laser machining of deep holes in silicon infiltrated silicon carbide ceramics
Rout et al. Short pulsed laser ablation of ZA ceramic matrix composite under ancillary environments: A comparative study
Fauzun et al. Design of laser melting of tool steel for surface integrity enhancement
Ivanov et al. Surface of high-chromium steel modified by an intense pulsed electron beam
Zulhishamuddin et al. Optimization of pulsed Nd: YAG laser melting of gray cast iron at different spot sizes for enhanced surface properties
de Hosson et al. Functionally graded materials produced with high power lasers