Калашников В. П., Белова С. А., Калашникова М. С.,
г. Пермь

УДК 669.15.194.55:621.785.5

Повышение эксплуатационных характеристик поверхности
конструкционных материалов методом лазерного легирования

Для осуществления различных технологических процессов все шире используется лазерная обработка. Это связано с практически неограниченными возможностями лазерного излучения влиять на формирование структуры поверхности материала. При этом происходит повышение комплекса физико-механических и эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий.

Детали и узлы различного оборудования и конструкций, работающие на износ в условиях контактных нагрузок, приходят в негодность из-за развивающихся на поверхности процессов разрушения. Иногда в технологических схемах предусмотрено использование деталей в узлах трения в агрессивных средах. Цель исследования — выбор способа упрочнения поверхности материалов с сохранением значений коррозионной стойкости не ниже исходного уровня.

Перспективным методом повышения эксплуатационных характеристик поверхности металлов является импульсная лазерная обработка, основные достоинства которой заключаются в достижении уникального комплекса физико-химических и механических свойств в локальных объемах деталей в местах их износа с сохранением исходных свойств материала в остальном объеме. При этом сохраняется высокая точность геометрических размеров детали. Использование лазерной обработки для деталей, работающих в узлах трения, позволяет значительно снизить коррозионный, абразивный и адгезионный износы, повысить задиростойкость.

Для исследования использовался широкий ряд материалов: стали, чугуны, цветные сплавы, порошковые материалы. В качестве примера приведем данные по сталям 12ХН3А и Р6М5 и титановому сплаву ВТ3-1, имеющим различные сочетания уровней износостойкости и коррозионной
стойкости.

Наилучшим способом упрочнения поверхности указанных материалов признан метод лазерного легирования из композиции на основе хрома и карбида бора.

Повышение значений микротвердости составляет: для сталей – от 2 до 20 ГПа, для титанового сплава – от 3 до 15 ГПа. Высокие значения микротвердости определяются большим содержанием высокодисперсных упрочняющих частиц второй фазы в составе сильно пересыщенных твердых растворов, а также высокой плотностью точечных и линейных дефектов в пределах легированного слоя.

Следует отметить, что, несмотря на многофазовый состав легированного слоя, состоящего из большого количества гальванических пар, и большую протяженность межфазных границ, коррозионная стойкость поверхности сталей повышается относительно исходного состояния, для титанового сплава остается без изменений.

При испытаниях на износ в индустриальном масле (нагрузка 200 Н) длительность периода установившегося изнашивания для легированных слоев сталей и титанового сплава составила более 4 ч (для необработанного материала 5—10 мин), а в коррозионной среде – 2,5 ч.

Таким образом, метод лазерного легирования можно рекомендовать для повышения долговечности деталей, работающих в условиях коррозионно-механического изнашивания.

Литература

  1. Асеева Е.Н. Формирование высоких триботехнических свойств деталей лазерной обработкой: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.03.01. / Волгоград, 2000. – 20 с.
  2. Коррозионная стойкость поверхностных слоев конструкционных сталей после лазерной обработки / М.С. Калашникова, С.А. Белова, Ю.А. Мазепина, М.Н. Игнатов.// ФиХОМ.–2003.– № 2.– С. 39– 43.
  3. Постников В.С., Игнатов М.Н., Белова С.А., Семенова Н.Е. Лазерное легирование как метод повышения износостойкости поверхности титановых сплавов // Материалы Международной научно-практической конференции. – Барнаул, 2002. – С. 186 – 189.