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

Изобретение относится к термической обработке стальных изделий лазерным лучом, в частности наружной поверхности цилиндров.

Известны способы упрочнения поверх-. ностей, заключающиеся в том, что энергия лазерного луча направляется на обрабатываемую поверхность. Упрочнение происходит при движении луча по поверхности. Недостаток известных способов заключается в том, что эти способы не могут обеспечить сплошность обработки, т.к. следующий виток ложится на предыдущий, и при этом образуются зоны упрочненные и разупроч- ненные.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ обработки внутренней поверхности цилиндров лазерным лучом, отраженным от фокусирующего зеркала, образующим на обрабатываемой поверхности круг.

Недостатком этого способа является то, что неизбежен повторный нагрев части обрабатываемой поверхности, который приводит к снижению твердости и коэффициента сплошности.

Цель изобретения -улучшение качества изделий путем равномерного нагрева всей наружной поверхности цилиндра.

Цель достигается тем, что луч лазера подается на поверхность вращающегося цилиндра, который вращается со скоростью

п

VT

Т пл Та

где п - скорость вращения цилиндра (число оборотов в ед. времени);

VT - скорость охлаждения при закалке лазером,

Тпл, Та - температуры соответственно плавления и аустенитизации стали.

Кольцо, образованное движением сфоку- сированного пятна по окружности передвигают вдоль оси цилиндра и производят поверхностную сплошную закалку.

Цилиндр вращается с такой скоростью, что луч, пройдя окружность возвращается в исходную точку тогда, когда температура в этой точке еще не опустилась до температуры области аустенитизации. Если скорость изменения температуры при лазерной обработке VT (больше 10 °С ) температура

XI

О

ел чэ

00

плавления - Тпл, температура аустенитиза- ции - Та, то время изменения от ТПл, до Та за один оборот выразится формулой Тпл - Na

t VT

а скорость вращения цилин-

дра (число оборотов в ед. времени)

пл а

Обозначим скорость закалки v3, а так как время одного оборота t, то за один оборот кольцо передвинется на расстояние v3t. Так как ширина кольца 2г, то коэффициент сплошности Ксп выразится формулой

Обрабатывая цилиндр радиусом мм пятном радиуса мм, со скоростью мм/с (для сталей) и линейной скоростью движения пятна по окружности

VH

2яР 2 3,14 50

0,005

62800 мм/с,

а так как

10

VH

2jrR

Тпл Та

ТО

Сущность способа: на поверхность цилиндра радиусом 50 мм подают лазерный луч, при этом цилиндр вращается со скоростью п ... , об/мин, где VT - скоI пл la рость охлаждения металла, °С/мин; ТПл и Та - температура плавления и аустенитизации металла, °С. После нагрева осуществляется охлаждение металла.

(

Тпл - Na VT

-.б о

-1

который, как видно из конкретного примера близок к единице, в то время как у прототипа коэффициент сплошности не более 0,7.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет утверждать, что заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна.

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки.отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

Конкретный пример выполнения.

Обработке подвергнут стальной цилиндр радиусом 50 мм. ТПл 1300°С,

С, С с , ,получим, что один оборот цилиндр должен совершить за

0,005 с и вращаться со ско105

ростью п 12000 об/мин, что технически осуществимо.

151C -1 п Va

Ксп - 1 - П --

VH

1-3,14

20

62800 2

,975

5

0

Предлагаемый способ позволяет повысить коэффициент сплошности нагрева деталей,

Формула изобретения Способ термической обработки стальных изделий, преимущественно наружной поверхности цилиндров, включающий подачу на обрабатываемую поверхность луча лазера и закалку, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества изделий путем равномерного нагрева всей наружной поверхности цилиндра, цилиндр в процессе обработки вращают со скоростью

п

VT

Тпл Та

где п - скорость вращения цилиндра;

VT - скорость охлаждения при закалке лазером;

Тпл, Та - температура соответственно плавления и аустенитизации стали, °С.