Способ термической обработки изделий Советский патент 1992 года по МПК C21D1/09 

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано при термической обработке, например, инструментальных сталей.

Известен способ термической обработки лазерным лучом, при котором для повы- шения скорости охлаждения при термической обработке лучом лазера изделие размещают в ванне с водой таким образом, что над упрочняемой поверхностью имеется слой жидкости (например, толщиной 5 мм). Луч лазера направляют на участок поверхности изделия через выпуклое отверстие сопла. Одновременно через то же отверстие подают инертный газ, например аргон, который удаляет слой воды с облучаемой зоны. Луч перемещают относительно изделия с требуемой скоростью. После смещения сопла над упрочняемыми участками появляется слой воды, интенсифицирующий охлаждение.

Наблюдаемый эффект упрочнения определяется суммарным влиянием повышен- н ого числа эффектов тонкой кристаллической структуры (дислокаций, вакансий и их комплектов), возникающих в результате высоких скоростей нагрева и охлаждения, а также мартенситного превращения.

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 улучшения качества путем увеличения глубины упрочняемой зоны, предварительное охлаждение осуществляется до 80-200 К. При этом способе скорость охлаждения зоны, нагретой лазерным излучением, зависит от температуры обрабатываемой детали: чем она ниже, тем скорость охлаждения выше. Повышение скорости охлаждения связано 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 направлениях. При этом не реализуется в полной мере повышение твердости обрабатываемой зоны.

со

С

XI

ел

N) VI 00

Целью изобретения является повышение степени упрочнения поверхностного слоя обрабатываемых изделий за счет повышения скорости охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что со- гласно способу термической обработки изделий, включающему предварительное охлаждение изделия жидким азотом и последующий поверхностный нагрев лазером, поверхностный нагрев лазером осуществ- ляют под слоем жидкого азота с толщиной слоя над поверхностью в пределах 0,5-1,5 мм,

На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого способа термической обра- ботки лазерным излучением; на фиг. 2 - зависимость микротвердости обработанной поверхности от толщины слоя охлаждающей жидкости над обрабатываемой поверхностью.

Обрабатываемую заготовку 1 устанавливают в емкость 2, которая находится в емкости 3, В емкость 2 заливают охлаждающую жидкость 4, например жидкий азот. При полном заполнении емкости 2 над по- верхностью обрабатываемой заготовки 1 находится слой охлаждающей жидкости толщиной Н. По предлагаемому способу величину Н выдерживают в пределах 0.5-1,5 мм. По мере испарения охлаждающей жид- кости ее постоянно доливают в емкость 2, а излишек поступает в емкость 3. Интенсивное испарение происходит в первый момент заливки. После выравнивания температуры обрабатываемой заготовки и охлаждающей жидкости бурное кипение прекращается и заготовку подвергают обработке лазерным излучением 5.

Способ опробован при лазерной обработке стали У10. Обработку проводят на установке Квант-15 при следующих технических параметрах: энергия лазерного излучения 8 Дж, длительность лазерного импульса 4 с, диаметр пятна нагрева 1,2 мм. Образцы из У10 устанавливают в емкость по схеме фиг, 1. Величину Н изменяют от 0 до 3 мм.

На фиг, 2 представлена зависимость микротвердости обработанной поверхности от толщины слоя охлаждающей жидкости (кривая 6).

Как видно из графика, наибольшая микротвердость получена при толщине слоя 0,5-1,5 мм. При толщине слоя менее 0,5 и более 1,5 мм значения микротвердости близки к значениям, данным в прототипе.

При обработке обрабатываемого материала У10 микротвердость по известному способу 11500-12500 МПа, по предлагаемому 1615С МПа.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в значительном увеличении степени упрочнения обработанной поверхности за счет повышения скорости охлаждения.

Формула изобретения

Способ термической обработки изделий, включающий предварительное охлаждение изделия жидким азотом и последующий поверхностный нагрев лазером, отличающийся тем, что, с целью повышения степени упрочнения поверхностного слоя, поверхностный нагрев лазером осуществляют под слоем жидкого азота с толщиной слоя над поверхностью в пределах от 0,5 до 1,5 мм.

Использование: изобретение относится к термической обработке. Сущность изобретения: способ заключается в том, что обрабатываемое изделие устанавливают в емкость с азотом, выдерживают в нем до выравнивания температуры изделия и жидкости и затем подвергают обработке лазерным излучением непосредственно через слой азота над обрабатываемой поверхностью, при этом толщину слоя охлаждающей жидкости выдерживают в пределах от О В д 1,5 мм. 2 ил.

Фиг.1

Нн.мЛа

0.00 0.50 WO 1.50 Z.OO Н,мм

Фиг. Z