Actual Problems in Machine Building 2014 No. 1

I Международная научно-практическая конференция « Актуальные проблемы в машиностроении » Технологическое оборудование, оснастка и инструменты __________________________________________________________________ 231 энергией между лазерной плазмой и металлом обеспечивает 7-10 кратное увеличение производительности ЛПМ по сравнению с традиционной лазерной закалкой и 3-4 кратное для технологий наплавки. Основой лазерно-плазменной технологической установки (ЛПТУ), определяющей её технологические возможности, является импульсно- периодическая СО 2 -лазерная система генератор-усилитель (СГУ) средней мощностью до 2 кВт и импульсной мощностью величиной порядка сотни кВт. Оптическая схема СГУ позволяет формировать луч с плоским фронтом, плавным распределением интенсивности и качеством близким к дифракционному пределу, а также устранить эффекты самовозбуждения системы «лазер - металл вблизи фокуса». Периодическое (20-100 кГц) действие лазерной плазмы на поверхность металла в легирующей атмосфере формирует тепловую волну, которая вызывает волну диффузии. В результате образуются: слой, в котором происходят структурно-фазовые превращения (обычная лазерная закалка - обусловлен тепловой волной) и легированный слой (обусловлен волной диффузии азота в металл, по глубине меньше закаленного слоя). Возникающие гиперинтенсивные (амплитудой до 10-15 МПа) ультразвуковые колебания способствуют уплотнению микроструктуры в горячей зоне. Лазерно-плазменная технологическая установка обеспечивает широкие диапазоны условий лазерно-плазменной обработки по интенсивности луча (до 2-3 ГВт/см 2 ), скорости потока (500 м/с) и давлению рабочего газа (до 0,5 МПа), а также по сорту и составу газа (Ar, He, Ne, Н 2 , N 2 , O 2 , воздух, СО, СО 2 и др.). Таким образом, ЛПТУ обеспечивает возможности широкого поиска и оптимизации технологии. Измерительно-регистрирующий комплекс обеспечивает контроль и регистрацию параметров установки и лазерно-плазменных технологий. Набор осциллограмм (рис.2) получаемый при проведении ЛПМ обработки позволяет определить, когда и при какой мощности излучения наступает превышение интенсивности над порогом зажигания и возникает лазерная плазма, а также динамику и эффективность поглощения лазерного излучения образующейся плазмой. 3. Результаты и обсуждение Исследование возможностей метода проведено при лазерно-плазменной модификации поверхности образцов антифрикционного чугуна на перлитной основе (с целью определения перспектив применения ЛПМ для упрочнения гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания). Образцы вырезали из цилиндровых втулок двигателей внутреннего сгорания [6-9]. Для всех исследованных образцов наблюдалась модификация поверхности с образованием двух слоёв. Верхний наноструктурированный слой толщиной сотни нанометров приобретает микротвёрдость в диапазоне 12-15 ГПа (Рис. 3)