Actual Problems in Machine Building 2016 No. 3

Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3 Материаловедение в машиностроении ____________________________________________________________________ 391 некоторые общие закономерности с превращениями происходящим в сталях [13]. В связи с этим представляет интерес изучение влияния исходной структуры обрабатываемой стали на результат лазерно-плазменного воздействия. Для проведения лазерно-плазменной обработки (ЛПО) в ИЛФ СО РАН создана лазерно-плазменная технологическая установка. Основой установки, определяющей её технологические возможности, является импульсно-периодическая СО 2 -лазерная система генератор-усилитель (СГУ) средней мощностью до 2 кВт и импульсной сотни кВт с возможностью управления частотой следования (до 120 кГц) и длительностью лазерных импульсов [14]. В зависимости от частоты следования лазерных импульсов, размера пятна облучения и относительной скорости перемещения луча и детали цикл обработки включает десятки/сотни воздействий лазерной плазмы на поверхность. Эффективный обмен энергией высокой концентрации между лазерной плазмой и металлом обеспечивает скорость локального нагрева, достигающую 10 5 -10 7 градусов в секунду, при этом производительность лазерно-плазменной обработки в 7-10 раз выше по сравнению с традиционной лазерной закалкой [13]. Режимы лазерно-плазменного воздействия были выбраны на основании литературных данных [15] и результатов собственных предварительных исследований. Энергия лазерного импульса составляла около 15 мДж при частоте следования импульсов 60 кГц. Излучение фокусировалось в пятно диаметром 0,8 мм, длительность пика лазерных импульсов на полувысоте составляла 0,2 мкс, таким образом пиковая интенсивность импульса достигала 14 МВт/см 2 . В качестве рабочего газа использовался азот, давление азота в форкамере 2 атм. Скорость линейного перемещения образцов составляла 20 мм/сек. Обработка велась со сканированием фокуса лазерного излучения в направлении перпендикулярном линейному перемещению образцов частота и амплитуда сканирования составляли 300 Гц и 3 мм соответственно. В результате ЛПО получены упрочненные лазером дорожки на сталях с исходной микроструктурой характерной для различных этапов технологического процесса изготовления и ремонта деталей машин. Материалом исследования служила низколегированная качественная конструкционная сталь 40ХН ГОСТ 4543-71 в состоянии поставки и после термической обработки закалкой с низким и высоким отпуском. Результаты и обсуждение Исследование микроструктуры и твёрдости по глубине зоны лазерно-плазменного воздействия проводилось на Кафедре Технологии металлов и судостроения СГУВТ. Микрошлифы образцов стали для исследования готовили под углом 12 0 к плоскости обработанной поверхности, благодаря этому на представленных микрофотографиях кажущаяся глубина рассматриваемого сечения и шероховатость поверхности увеличены в 5 раз. Твёрдость измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке на индентор 20 г. Структурные превращения в стали при ЛПО определяются градиентом температур. Глубина закалённых слоёв и структура зон термического лазерно-плазменного воздействия зависит от исходной структуры и параметров лазерно-плазменной обработки, но при этом имеют место общие закономерности.