SU1752784A1

SU1752784A1 - Heat treatment method

Info

Publication number: SU1752784A1
Application number: SU904849664A
Authority: SU
Inventors: Валерий Михайлович Язовских; Татьяна Васильевна Ольшанская; Николай Витальевич Кабаев; Борис Александрович Берестов
Original assignee: Пермский политехнический институт
Priority date: 1990-07-10
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1992-08-07

Abstract

Использование: изобретение относитс к термической обработке. Сущность изобретени : способ заключаетс в том, что обрабатываемое изделие устанавливают в емкость с азотом, выдерживают в нем до выравнивани температуры издели и жидкости и затем подвергают обработке лазерным излучением непосредственно через слой азота над обрабатываемой поверхностью , при этом толщину сло охлаждающей жидкости выдерживают в пределах от О В д 1,5 мм. 2 ил.Use: The invention relates to heat treatment. SUMMARY OF THE INVENTION: The method consists in installing the processed product in a container with nitrogen, holding it until the temperature of the product and the liquid is equalized and then subjected to laser radiation treatment directly through the nitrogen layer over the treated surface, while the thickness of the coolant layer is kept within About V d 1.5 mm. 2 Il.

Description

Изобретение относитс к термической обработке и может быть использовано при термической обработке, например, инструментальных сталей.The invention relates to heat treatment and can be used in heat treatment, for example, tool steels.

Известен способ термической обработки лазерным лучом, при котором дл повы- шени скорости охлаждени при термической обработке лучом лазера изделие размещают в ванне с водой таким образом , что над упрочн емой поверхностью имеетс слой жидкости (например, толщиной 5 мм). Луч лазера направл ют на участок поверхности издели через выпуклое отверстие сопла. Одновременно через то же отверстие подают инертный газ, например аргон, который удал ет слой воды с облучаемой зоны. Луч перемещают относительно издели с требуемой скоростью. После смещени сопла над упрочн емыми участками по вл етс слой воды, интенсифицирующий охлаждение.There is a known method of thermal treatment with a laser beam, in which the product is placed in a water bath in order to increase the cooling rate during heat treatment with a laser beam in such a way that there is a layer of liquid above the reinforced surface (for example, 5 mm thick). The laser beam is directed to the surface of the product through the convex orifice of the nozzle. At the same time, an inert gas, such as argon, is supplied through the same opening, which removes a layer of water from the irradiated zone. The beam is moved relative to the product at the desired speed. After the nozzle is displaced over the hardened areas, a layer of water appears that intensifies cooling.

Наблюдаемый эффект упрочнени определ етс суммарным вли нием повышен- н ого числа эффектов тонкой кристаллической структуры (дислокаций, вакансий и их комплектов), возникающих в результате высоких скоростей нагрева и охлаждени , а также мартенситного превращени .The observed hardening effect is determined by the total effect of the increased number of fine crystal structure effects (dislocations, vacancies and their sets) resulting from high heating and cooling rates, as well as martensitic transformation.

Известен также способ термической обработки изделий, включающий предварительное объемное охлаждение до заданной температуры и нагрев поверхности под закалку импульсным лазерным излучением, при котором с целью улучшени качества путем увеличени глубины упрочн емой зоны , предварительное охлаждение осуществл етс до 80-200 К. При этом способе скорость охлаждени зоны, нагретой лазерным излучением, зависит от температуры обрабатываемой детали: чем она ниже, тем скорость охлаждени выше. Повышение скорости охлаждени св зано сувеличением градиента температур и некоторым увеличением коэффициента теплопроводности. При этом способе отвод тепла от обрабатываемой зоны происходит только в направлении основного металла, а не во всех направлени х. При этом не реализуетс в полной мере повышение твердости обрабатываемой зоны.There is also known a method of heat treatment of products, including preliminary volumetric cooling to a predetermined temperature and heating the surface for quenching with pulsed laser radiation, in which, in order to improve quality by increasing the depth of the hardened zone, pre-cooling is carried out to 80-200 K. the cooling zone heated by laser radiation depends on the temperature of the workpiece: the lower it is, the higher the cooling rate. An increase in the cooling rate is associated with an increase in the temperature gradient and a slight increase in the thermal conductivity coefficient. In this method, heat is removed from the treated zone only in the direction of the base metal, and not in all directions. In this case, the increase in the hardness of the treated zone is not fully realized.

соwith

СWITH

XIXi

елate

N) VI 00N) VI 00

Целью изобретени вл етс повышение степени упрочнени поверхностного сло обрабатываемых изделий за счет повышени скорости охлаждени .The aim of the invention is to increase the degree of hardening of the surface layer of the processed products by increasing the cooling rate.

Указанна цель достигаетс тем, что со- гласно способу термической обработки изделий , включающему предварительное охлаждение издели жидким азотом и последующий поверхностный нагрев лазером, поверхностный нагрев лазером осуществ- л ют под слоем жидкого азота с толщиной сло над поверхностью в пределах 0,5-1,5 мм,This goal is achieved by the fact that according to the method of heat treatment of products, including pre-cooling the product with liquid nitrogen and subsequent surface heating with a laser, surface heating with a laser was performed under a layer of liquid nitrogen with a layer thickness above the surface in the range of 0.5-1, 5 mm

На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого способа термической обра- ботки лазерным излучением; на фиг. 2 - зависимость микротвердости обработанной поверхности от толщины сло охлаждающей жидкости над обрабатываемой поверхностью.FIG. 1 shows the scheme of the implementation of the proposed method of thermal processing by laser radiation; in fig. 2 - dependence of the microhardness of the treated surface on the thickness of the coolant layer above the treated surface.

Обрабатываемую заготовку 1 устанавливают в емкость 2, котора находитс в емкости 3, В емкость 2 заливают охлаждающую жидкость 4, например жидкий азот. При полном заполнении емкости 2 над по- верхностью обрабатываемой заготовки 1 находитс слой охлаждающей жидкости толщиной Н. По предлагаемому способу величину Н выдерживают в пределах 0.5-1,5 мм. По мере испарени охлаждающей жид- кости ее посто нно доливают в емкость 2, а излишек поступает в емкость 3. Интенсивное испарение происходит в первый момент заливки. После выравнивани температуры обрабатываемой заготовки и охлаждающей жидкости бурное кипение прекращаетс и заготовку подвергают обработке лазерным излучением 5.The workpiece 1 is placed in the container 2, which is located in the container 3, and the cooling liquid 4, for example liquid nitrogen, is poured into the container 2. When the container 2 is completely filled over the surface of the workpiece 1, there is a coolant layer with thickness H. According to the proposed method, the value of H is kept within 0.5-1.5 mm. As the coolant evaporates, it is constantly added to the container 2, and the excess enters the container 3. Intensive evaporation occurs at the first pouring moment. After the temperature of the workpiece and the coolant is equalized, the boiling is stopped and the workpiece is subjected to laser radiation treatment 5.

Способ опробован при лазерной обработке стали У10. Обработку провод т на установке Квант-15 при следующих технических параметрах: энерги лазерного излучени 8 Дж, длительность лазерного импульса 4 с, диаметр п тна нагрева 1,2 мм. Образцы из У10 устанавливают в емкость по схеме фиг, 1. Величину Н измен ют от 0 до 3 мм.The method was tested in laser processing of steel U10. The treatment is carried out on the Kvant-15 installation with the following technical parameters: laser energy 8 J, laser pulse duration 4 s, heating spot diameter 1.2 mm. Samples from U10 are installed in the container according to the scheme of FIG. 1. The value of H varies from 0 to 3 mm.

На фиг, 2 представлена зависимость микротвердости обработанной поверхности от толщины сло охлаждающей жидкости (крива 6).Fig, 2 shows the dependence of the microhardness of the treated surface on the thickness of the coolant layer (curve 6).

Как видно из графика, наибольша микротвердость получена при толщине сло 0,5-1,5 мм. При толщине сло менее 0,5 и более 1,5 мм значени микротвердости близки к значени м, данным в прототипе.As can be seen from the graph, the highest microhardness is obtained with a layer thickness of 0.5-1.5 mm. When the layer thickness is less than 0.5 and more than 1.5 mm, the microhardness values are close to the values given in the prototype.

При обработке обрабатываемого материала У10 микротвердость по известному способу 11500-12500 МПа, по предлагаемому 1615С МПа.When processing the processed material U10 microhardness by a known method 11500-12500 MPa, according to the proposed 1615C MPa.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключаетс в значительном увеличении степени упрочнени обработанной поверхности за счет повышени скорости охлаждени .The advantage of the proposed method in comparison with the prototype consists in a significant increase in the degree of hardening of the treated surface due to an increase in the cooling rate.

Claims

Invention Formula

The method of heat treatment of products, including pre-cooling the product with liquid nitrogen and subsequent surface heating with a laser, characterized in that, in order to increase the degree of hardening of the surface layer, surface heating with a laser is performed under a layer of liquid nitrogen with a layer thickness above the surface ranging from 0.5 up to 1.5 mm.

1

Nn.mLa

0.00 0.50 WO 1.50 Z.OO Н, mm

FIG. Z