Рефераты по Физике

Поверхностная лазерная обработка

Страница 4

При реализации рассмотренных видов обработки не требуется специальной среды, процесс проводится на воздухе. При этом воз­можна частичная диффузия составляющих воздуха в облученную зону.

При следующем виде поверхностной обработки — лазерном ле­гировании для насыщения поверхностного слоя легирующими эле­ментами требуется специальная среда (газообразная, жидкостная, твердая). В результате на обрабатываемой поверхности образует­ся новый сплав, отличный по составу и структуре от матричного материала.

Виды поверхностной лазерной обработки Таблица 1

Вид обработки

плотность мощности

1 см 2

скорость охлаждения

С

глубина ЗТВ,мм

Упрочнение без фазового

перехода

103-104

104-105

0,2-0,5

Лазерный отжиг (отпуск)

102-103

-

0.05-0,1

упрочнение с фазовым

переходом

104-105

105-106

1,2- З.0

лазерное легирование

104-106

104-106

0,2-2,0

Лазерная наплавка (напыление)

104-106

104-106

0,02-3,0

Амортизация поверхности

106-108

104106

0,01-0,05

шоковое упрочнение

104-106  

104-106

0,02-0,2

Лазерная наплавка (напыление) позволяет нанести па поверх­ность обрабатываемого материала слой другого материала, улуч­шающий эксплуатационные характеристики основного.

Новая разновидность лазерного упрочнения — аморфизация поверхности сплава в условиях скоростного облучения (очень ко­ротким импульсом или сканирующим лучом). Сверхвысокие скоро­сти теплоотвода, достигаемые при этом, обеспечивают своеобраз­ное «замораживание» расплава, образование металлических сте­кол (метгласса) или аморфного состояния поверхностного слоя. В результате достигаются высокая твердость, коррозионная стой­кость, улучшенные магнитные характеристики и другие специфи­ческие свойства материала. Процесс лазерной аморфизации можно осуществить при обработке сплавов специальных составов (в том числе и на основе железа), а также других материалов, предвари­тельно покрытых специальными составами, которые самостоятель­но или совместно с матричным материалом склонны к аморфиза­ции.

Шоковое упрочнение имеет место при воздействии на материал мощного импульса излучения наносскундной длительности. Пред­варительно на материал наносится тонкий слой легкоплавкого ме­талла. Воздействие мощного импульса вызывает взрывообразное испарение легкоплавкого металла, что приводит к возникновению импульса отдачи, в свою очередь генерирующего мощную удар­ную волну в материале. В результате происходит пластическое деформирование материала, а при нагреве поверхностного слоя-— и соответствующие изменения в структуре. Первые четыре вида поверхностной лазерной обработки к на­стоящему времени получили наибольшее распространение. Для практической реализации аморфизации и шокового упрочнения требуются дополнительные исследования. Все эти виды обработки можно осуществить с помощью как импульсного, так и непрерыв­ного излучения, причем упрочнение без фазового перехода более пригодно для прецизионной обработки поверхностей сравнительно небольших размеров, производительность процесса ограничивает­ся сравнительно невысокой частотой следования импульсов выпускаемого оборудования. Непрерывное излучение позволяет произ­водить обработку с высокой производительностью поверхностей больших размеров.

2.2. Обработка импульсным излучением

При фокусировании излучения сферической оптикой облученная. зона в плане имеет вид круга диаметром D. Тогда в случае однокоординатной (линейной) обработки скорость упрочнения оп­ределяется из выражения

, где D длина участка упрочнения; t -время обработки; п -число импульсов; K0 — коэффициент перекрытия; f — частота следования импульсов.

При двух координатной обработке одними из основных пара­метров является шаг s относительного перемещения по оси х и шаг s' перемещения по оси у. От соотношения этих шагов и диа­метра зоны облучения зависят степень заполнения (упаковки) профиля, эффективность процесса. Обработка может быть реали­зована по одной из четырех схем (табл. 2). Эффективность обра­ботки по схеме характеризуется коэффициентом использования импульсов Ки, который определяется из соотношения

где F' — площадь облученной поверхности.

Производительность процесса двухкоординатной обработки

Это выражение может быть использовано для ориентировочной оценки производительности, так как реальные условия вносят свои коррективы. Например, при D = 4 мм, Ки—0,74 (см. табл. 4, схе­ма 3) и f =1 Гц производительность упрочнения составит 550 мм2/мин.

К технологическим характеристикам упрочнения импульсным излучением относятся размерные параметры (диаметр единичной зоны упрочнения, ширина линейного упрочнения, глубина упроч­ненной зоны), степень упрочнения (микротвердость), шерохова­тость обработанной поверхности и др. Па эти характеристики влия­ют вид обрабатываемого материала, схема обработки, энергети­ческие параметры облучения, эффективность поглощения излучения, среда и т. п. Так, с увеличением плотности мощности излучения q возраста­ет - как ширина В (диаметр единичного пятна D), так и глубина И зоны линейного упрочнения. Однако для каждого вида материалов существует некоторое пороговое значение q, после которого начинается разрушение (эрозия) материала.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11