Лазерное термоупрочнение

В 2008 году был создан автоматизированный лазерный технологический комплекс для лазерного упрочнения металлов и сплавов. В состав комплекса входят: многолучевой технологический СО2-лазер непрерывного и импульсного действия МКТЛ-1500 (мощностью 1500 Вт); пяти координатный технологический пост (рабочий координатный стол с манипулятором луча), который может управлять сменной оснасткой (вращателями, для упрочнения тел вращения) до трех осей; холодильная установка (рис.1).

Важнейшим и принципиальным преимуществом лазерной технологии и лазерного оборудования перед другими известными является то, что упрочнение и повышение износостойкости поверхности достигается за счет структурно-фазовых изменений поверхностного слоя на глубину 0,3-1,0 мм без оплавления поверхности, без какой-либо наплавки, без нарушения макро- и микрогеометрии поверхности детали. Такая возможность обеспечивается за счет заданного распределения плотности мощности в пятне излучения многолучевого лазера, тонкого регулирования уровня мощности, подводимой в зону обработки, скоростного режима обработки и использования специального светопоглощающего покрытия.

Перечисленные возможности позволяют упрочнять поверхности окончательно изготовленных деталей без необходимости выполнения каких-либо трудоемких подготовительных и последующих доводочных операций.

На созданном лазерном комплексе исследованы и отработаны режимы лазерного упрочнения обширного ряда различных материалов, в том числе серых чугунов СЧ20, СЧ25, ЧФ4, различных легированных чугунов, сталей 45, 40Х, У8, У10А, Х12М, Х12МФ, 12Х1МФ, 4Х5МФС, ХВГ, 20Г1ФЛ, 22Л, 4Х13, специальной стали с гетерогенной структурой (типа булатной стали) и т. д. Проведены металлографические исследования упрочненных зон и стендовые испытания образцов на износостойкость.

Рис. 1a. Общий вид комплекса	Рис. 1б. Лазерное термоупрочнение детали бункер (материал чугун, используется в производстве подшипников)

Практическая реализация технологии лазерного упрочнения

Активно эту технологию могут использовать стеклотарные предприятия для упрочнения и повышения ресурса чугунных деталей формооснастки, работающих в исключительно тяжелых условиях многофакторного износа (рис. 3).

Рис. 3a. Процесс лазерного упрочнения деталей формооснастки для литья стеклотары: полуформы чистовой	Рис. 3б. Процесс лазерного упрочнения деталей формооснастки для литья стеклотары: губки-формодержателя

На Муромском ремонтно-механическом заводе пуансон по пробивке отверстий в грейдерных ножах из стали 65Г толщиной 12-14 мм показал увеличение ресурса после лазерного упрочнения в 1,7 раза против пуансонов с объемной закалкой.

Лазерное упрочнение без оплавления поверхности дало повышение износостойкости и стабильности формы сферической поверхности корпуса строенного насоса из СЧ 20 гидросистемы дорожно-строительной техники по заказу Владимирского ремонтно-механического завода рис. 4.

Лазерное термоупрочнение стало незаменимым инструментом по упрочнению деталей подвижный упор и неподвижный упор (рис. 5) используемых в нефтяной промышленности, при добыче нефти. Упрочнению подвергался волновой паз – направляющая поверхность.

Рис. 4. Корпус встроенного насоса	Рис. 5. Детали: подвижный и неподвижный упор.

Повышение износостойкости рабочих поверхностей нижнего и верхнего пуансонов пресс-формы магнита по заказу ЗАО "Магнитные материалы" после их лазерного упрочнения позволило исключить краевые дефекты магнитов, резко сократить количество перешлифовок торцов пуансонов и увеличить съем продукции с пресс-формы.