Читать онлайн «Лазерная обработка конструкционных сталей после диффузионного борирования»

Металлургия и материаловедение 247 УДК 539. 519 Г. А. Мишаков1, А. И. Родионов2 ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ДИФФУЗИОННОГО БОРИРОВАНИЯ Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева 1, Дзержинский политехнический институт (филиал НГТУ им. Р. Е. Алексеева)2 Изучено распределение микротвердости на глубине в образцах из различных конструкционных сталей, подвергнутых диффузионному борированию и последующей лазерной обработке. Исследованы режимы ла- зерного облучения, позволяющие частично или полностью растворять боридные слои в ванне расплава. Пока- зана возможность полного сохранения боридного слоя с получением под ним закалочной зоны из жидкой ван- ны расплава. Ключевые слова: диффузионное борирование, лазерная обработка, закалочная зона. Известно, что полученные диффузионными методами боридные слои на сталях обла- дают высокой твердостью и хорошо работают в парах трения [1]. Основными недостатками боридных слоев являются низкая скорость роста и склонность к растрескиванию с увеличе- нием их толщины. Высокие эксплуатационные качества достигаются лишь в том случае, ко- гда под слоем прочих боридов имеется достаточно твердая основа. Физические процессы, протекающие при лазерном борировании металлов из боросодержащих обмазок, достаточно подробно исследованы в работах [2, 3], но микротвердость поверхностного слоя, полученно- го этими методами, значительно ниже микротвердости после диффузионного борирования. Таким образом, представляется целесообразной разработка методов комплексной хи- мико-термической и лазерной обработки как инструментальных, так и конструкционных сталей с целью увеличения рабочего ресурса деталей машин и механизмов. Особенно эффек- тивны эти методы для изделий, имеющих области интенсивного локального износа. В настоящей работе исследована возможность создания закалочной зоны под слоем боридов, полученных диффузионными методами, путем их последующей обработки излуче- нием технологического СО2–лазера. Особое внимание уделено поиску режимов лазерной об- работки, не приводящих к заметному разрушению боридного слоя, но создающего под ним закалочную зону из жидкой ванны лазерного расплава. Для экспериментов были выбраны стали 40X, 20X, 9X, Ст. 20, Ст. 3, Ст. 45. Жидкостное безэлектродное борирование проводили в течение 2÷8 часов в боризаторе, содержащем 35% В4C 75% NaB4O7 при T = 1050оC. Борирование из твердой фазы осуществляли в герметичном контейнере с B4C и AlF3 (1,5%) при 1000 оC в течение 9 часов. После химико-термической обработки образцы обрабатывали излучением CO2-лазера «Комета-2» с длиной волны 10,6 мкм и плотностью мощности ~ 5 · 104 Вт/см2 при скорости сканирования 1,5÷3,0 мм/c. Лазерный луч фокусировали на поверхность металла фокусирующей системой на основе по- лированных медных зеркал с водяным охлаждением. В результате на поверхности образца формировалось пятно диаметром d = 2,3 мм.