XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

Канд.техн.наук Мажейка О.Й. ЛАЗЕРНЕ НАПЛАВЛЕННЯ З ТЕРМОДЕФОРМАЦІЙНИМ ЗМІЦНЕННЯМ ДЕТАЛЕЙ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАШИН

Канд.техн.наук Мажейка О.Й.
Кіровоградський національний технічний університет

ЛАЗЕРНЕ НАПЛАВЛЕННЯ З ТЕРМОДЕФОРМАЦІЙНИМ ЗМІЦНЕННЯМ ДЕТАЛЕЙ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАШИН

Лазерне наплавлення є эфективним способом підвищення зносостійкості різних деталей машин і інструментів, які використовуються у сільському господарстві. Однією з проблем лазерної поверхневої зміцнючої обробки є можливість її застосування для підвищення опірності зношуванню та втомленої міцності деталей, що працюють при циклічних знакопеременных навантаженнях. У першу чергу це зв'язано з особливостями напруженого стану поверхневого шару материалу деталі, структура якого сформована в процесі лазерного опромінювання.
Метою роботи було розробка технології лазерного наплавлення деталей сільськогосподарських машин з застосуванням термодеформаційного зміцнення.
Відомо, що на втомлену міцність і опірність матеріалу втомленому зносові домінуючий вплив мають величина, знак і характер розподілу залишкових макронапруг. При лазерному зміцненні залишкові макронапруги формуються в наслідок дії двох конкуруючих процесів - чисто термічного "нагрівання-охолодження" і структурно-фазових перетворень.
Варіюванням режимами обробки встановлено, що в поверхневому шарі можуть формуватися як стискаючі, так і розтягуючи напруження. Більш того, вони можуть змінювати свій знак навіть у межах однієї зони лазерного нагрівання в залежності від швидкості обробки, густини потужності випромінювання, хімічного складу і вихідної структури стали. Останне свідчить про те, що на загальний напружений стан виробу суттево буде впливати і закономірність розміщення зміцнених зон по оброблюваній поверхні. Таким чином, процес формування залишкових макронапружень при лазерному зміцненні є багатофакторним і неоднозначним.
У зв'язку з цим при вирішенні конкретної технологічної задачі дуже складно, а іноді і неможливо, знайти такі умови обробки деталі, які б забезпечували одержання зміцненого шару, що має одночасно необхідну глибину, мікроструктуру, твердість, стискаючи залишкові напруги.
Одним зі способів одержання гарантованих стискаючих залишкових макронапруг є метод поверхневого пластичного деформування: обкатуванням роликом, кулькою й ін.[1].
Аналіз особливостей розглянутих методів показує, що їхнє сполучення в одному процесі може забезпечити формування зміцненого шару зі структурою, що володіє всіма перевагами структури лазерного наплавлення і гартування і до того ж має сприятливі, з точки зору підвищення втомленої міцності і зносостійкості, стискаючі залишкові макронапруги.
Оскільки в основі лазерного наплавлення з термодеформаційним зміцнення лежать три процеси - нагрівання, розплавлення і деформування , то для вибору технологічної схеми обробки, її параметрів, визначення режимів опромінювання, величини і координати крапки прикладання деформуючого зусилля досліджувалися закономірності зміни термічного циклу "нагрівання-охолодження".
Для дослідження використовували модель одномірного нагрівання напівнескінченного середовища необмеженим поверхневим тепловим джерелом з постійною інтенсивністю Wp=A•P/π•r0 2,Вт/см2, що діє протягом часу t = 2•r0/V, При цьому виконується умова, r0>>(at)1/2. Розподіл температури по глибині в різні моменти часу t>0 описується відомою залежністю [2] :

image00256.png

де Ф=1-Ф* - функція помилок; К- коефіцієнт теплопровідності; z- глибина проникнення заданої ізотерми.
Вважали, що процес термомеханічного зміцнення буде здійснюватися після наплавлення поверхні в інтервалі температур Tз< Т Використовували процес термомеханічного зміцнення, щоб уникнути розвитку процесу рекристализацїї і застосовувати як можна менші величини зусиль до деформуючих роликів, доцільно проводити при температуpax (0,5-0,6)Tпл <Т
Для розглянутого випадку найбільш раціональними режимами лазерної обробки є: Р=1000Вт, d0 = 8мм, V=І,7см/с. в данному випадку матеріал прогрівається на досить велику глибину, що забезпечує одержання загартованого й одночасно наклепаного шару достатніх розмірів [ 3 ].
Для проведення експериментальних досліджень був розроблений спеціальний стенд, що включає потужний электророзрядний СО2 лазер, 3-х координатний стіл з системою ЧПУ, систему фокусування випромінювання сполучену з системою навантаження, пристрій для деформування поверхні деталі роликом. Для фокусування випромінювання використовувалася лінза з KCl з фокусною відстанню f = 350 мм. В якости наплавлювальних матеріалів використовували порошки на основі нікелю (ПГСР-2) та заліза (ФБХ).Для деформування була застосована конструкція пристрою, в основі дії якої використовувалася пружина стиску. Змінюючи положення спеціального кільця можна плавно регулювати величину зусилля в діапазоні F= 8...65 кгс. Попередньо пристрій тарувався за допомогою динамометра стиску ДОСМ-3-01.
Обговорення результатів. Структура, що наплавлялося мала дислокаційну побудова аустеніту, деформованого при високій температурі і характеризувалася утворенням тривимірних сіток дислокацій стійкої фрагментованої, полігонізованої субструктуры. Після високотемпературної деформації залишаються тільки стабільні для цих температур дислокації. Рекристалізація в такій структурі відбувається не так інтенсивно.
Результати дослідження і порівняння наплавленої структури зі структурою стали 45 після лазерного зміцнення показали, що в першому випадку відбулося більш сильне здрібнювання зерна .
Виявлено залежність зменьшення розмірів зерна з підвищенням величини деформуючого зусилля. Зносостійкість зразків після комбінованої обробки зросла в 1,7 (для наплавки порошком ФБХ) до 2,2 рази (для наплавки порошком ПГСР-2) в порівнянні зі зразками з лазерним зміцненням (сталь 45).
Дослідження напруженого стану наплавлених деталей і підданих термомеханічному зміцненню знайшли наявність у поверхневому шарі стискаючих залишкових напруг, величина яких для досліджених навантажень коливалася в межах (-200...-500)МПа.
Висновки. Виконане дослідження свідчить про перспективність лазерного наплавлення з термодеформаційним зміцненням, як методу підвищення зносостійкості і втомленої міцності деталей важко навантажених сільскогосподарських машин.
Література:
1. Папиев Д.Д. Отделочно - упрочняющая обработка поверхности пластическим деформированием. Машиностроение, I975, 152 с.
2. . Рыкалин Н.Н., Углов А.А. Кокора А.Н., Лазерная обработка материалов, М.: Машиностроение, 1975, 250 с.
3. Коваленко B.C., Головко Л.Ф., Безикорнов А.И. О напряженном состоянии поверхностных слоев материалов, упрочненных излучением лазера. Электронная обработка материалов, 2, I980, с.34-37.

e-mail: papa5511@mail.ru


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>