Прымяненне тэхналогіі лазернага загартоўвання ў павярхоўным умацаванні валаў рухавікоў
I. Уводзіны
Падчас працы на высокай хуткасці шыйкі, сядлы падшыпнікаў і іншыя спалучаныя часткі вала рухавіка падвяргаюцца трэнню і знакапамерным нагрузкам на працягу доўгага перыяду часу, што робіць знос паверхні адной з асноўных прычын пашкоджанняў. Традыцыйныя працэсы загартоўкі (напрыклад, індукцыйная загартоўка і загартоўка полымем) пакутуюць ад такіх праблем, як вялікая тэрмічная дэфармацыя і нераўнамерныя загартаваныя пласты. Тэхналогія лазернай загартоўкі, з яе перавагамі дакладнасці і кіравальнасці, мінімальнай дэфармацыі і экалагічнасці, забяспечвае перадавое рашэнне для лакалізаванага ўмацавання паверхні валаў рухавікоў.
II. Тэхнічныя прынцыпы
Лазерная загартоўка выкарыстоўвае лазерны прамень высокай шчыльнасці энергіі для сканавання паверхні апрацоўванай дэталі, хутка награваючы павярхоўны пласт вышэй за тэмпературу аўстэнітнага ператварэння, але ніжэй за тэмпературу плаўлення за вельмі кароткі час (10⁵~10⁶℃/с). Пасля выдалення лазернага прамяня адбываецца хуткае самаастуджэнне (10⁴~10⁶℃/с) з-за цеплаправоднасці самой падкладкі, што выклікае мартэнсітнае ператварэнне ў павярхоўным пласце і ўтварэнне загартаванага пласта высокай цвёрдасці, у той час як структура і ўласцівасці асновы застаюцца нязменнымі. Увесь працэс не патрабуе астуджальных асяроддзяў, такіх як вада або алей, што робіць яго чыстым працэсам тэрмічнай апрацоўкі.
III. Асноўныя перавагі
1. Значна палепшаная цвёрдасць і зносаўстойлівасць
Лазерная загартоўка ўдасканальвае мікраструктуру паверхні і значна павялічвае цвёрдасць. Звычайна выкарыстоўваныя матэрыялы для валаў рухавікоў, такія як 42CrMo і 40Cr, пасля лазернай загартоўкі дасягаюць павярхоўнай цвёрдасці HRC 55~62 (у залежнасці ад утрымання вугляроду), што прыводзіць да значнага павышэння зносаўстойлівасці і эфектыўнага падаўжэння тэрміну службы пры вялікіх нагрузках і ўмовах высокай хуткасці.
2. Мінімальная тэрмічная дэфармацыя і выдатнае захаванне дакладнасці.
Лазерны нагрэў сканцэнтраваны і мае вузкую зону цеплавога ўздзеяння, што прыводзіць да мінімальнай дэфармацыі пасля загартоўкі. У большасці выпадкаў выпраўленне не патрабуецца; патрабуецца толькі вельмі невялікі прыпуск на дробнае шліфаванне, каб задаволіць патрабаванні да высокай дакладнасці зборкі, што значна спрашчае працэс і зніжае наступныя выдаткі на апрацоўку.
3. Утварэнне пласта сціскальных напружанняў, што павышае супраціў стомленасці.
Лазернае загартоўванне ўтварае на паверхні карысны пласт рэшткавых сціскальных напружанняў, які можа эфектыўна супрацьстаяць расцяжэнню ў працоўных умовах, перашкаджаць узнікненню і распаўсюджванню расколін ад стомленасці, а таксама павышаць трываласць на стомленасць і надзейнасць вала.
4. Селектыўная загартоўка, гнуткая апрацоўка
Праграмаванне на станках з ЧПУ дазваляе дакладна кантраляваць зону і глыбіню загартоўкі, што дазваляе выбарачна загартоўваць лакалізаваныя месцы, такія як сядлы падшыпнікаў, шпонкавыя пазы і ступеністыя шыпкі. Гэта дазваляе пазбегнуць зніжэння прадукцыйнасці і страты выдаткаў, звязаных з агульнай тэрмічнай апрацоўкай, а таксама падыходзіць для месцаў, якія цяжка апрацаваць традыцыйнымі метадамі, такіх як унутраныя адтуліны і пазы.
5. Зялёны і экалагічна чысты, не патрабуе асяроддзя.
Абапіраючыся на ўласную цеплаправоднасць матэрыялу для самаахалоджвання, ён не патрабуе загартоўвальных асяроддзяў, такіх як вада або алей, і не мае скіду адпрацаванай вадкасці, што адпавядае мэтам зялёнай вытворчасці і «падвойнага вугляроду».
IV. Параметры працэсу і прыдатныя матэрыялы
Глыбіня лазерна загартаванага слоя звычайна складае ад 0,3 да 1,5 мм у залежнасці ад магутнасці лазера, хуткасці сканавання і цеплавых уласцівасцей матэрыялу. Дзякуючы аптымізацыі працэсу можна атрымаць размеркаванне градыенту цвёрдасці, якое адпавядае патрабаванням розных умоў працы на розных матэрыялах. Гэты метад падыходзіць для распаўсюджаных матэрыялаў для валаў рухавікоў, такіх як сярэдневугляродзістая сталь (45#, 40Cr), сярэдневугляродзістая легаваная сталь (42CrMo), высокатрывалы чыгун і інструментальная сталь.
V. Тэхнічныя абмежаванні
Варта аб'ектыўна адзначыць, што лазерная загартоўка мае адносна неглыбокі эфектыўны загартаваны пласт (звычайна ≤1,5 мм), і ў выпадках высокага зносу яе неабходна выкарыстоўваць разам з такімі працэсамі, як цэментацыя і азотаванне. Для апрацоўваемай паверхні патрабуецца пэўны ўзровень чысціні; алей і іржа паўплываюць на кансістэнцыю загартоўкі. Аб'ектыўнае тлумачэнне гэтых абмежаванняў сведчыць аб прафесіяналізме і сумленнасці.
VI. Каштоўнасць і перспектывы прымянення
Лазерная загартоўка можа дакладна палепшыць цвёрдасць і зносаўстойлівасць ключавых злучаных дэталяў без змены агульнай прадукцыйнасці вала, тым самым падаўжаючы тэрмін яго службы і зніжаючы частату тэхнічнага абслугоўвання і выдаткі на замену.
У цяперашні час гэтая тэхналогія паспяхова ўжываецца для ўмацавання паверхняў і аднаўлення круцільных дэталяў, такіх як валы ротараў рухавікоў, галоўныя валы генератараў, валы перадач, валы помпаў і валкі. З зніжэннем кошту магутных лазераў і ростам сталасці аўтаматызаванага абсталявання лазернае загартоўванне хутка пашыраецца з такіх высокапрадукцыйных абласцей, як аэракасмічная і ваенная, на больш шырокі спектр галін прамысловасці, уключаючы вытворчасць рухавікоў, будаўнічую тэхніку і аўтамабільныя дэталі.
VII. Заключэнне
Тэхналогія лазернай загартоўкі забяспечвае высокадакладнае, нізкадэфармацыйнае і экалагічнае перадавое рашэнне для тэрмічнай апрацоўкі паверхняў валаў рухавікоў, якое паляпшае зносаўстойлівасць. Яна можа значна палепшыць характарыстыкі паверхні, захоўваючы пры гэтым першапачатковую дакладнасць памераў дэталяў, і з'яўляецца тэхналагічным напрамкам, вартым ключавога развіцця ў галіне вытворчасці і аднаўлення рухавікоў.