способ закалки поверхностных слоев плоских длинномерных стальных изделий

Формула изобретения

Способ закалки рабочей поверхности плоского длинномерного стального изделия, включающий тепловое воздействие сканирующим лазерным лучом на рабочую и обратную стороны детали, отличающийся тем, что предварительно осуществляют лазерное воздействие на поверхность обратной стороны детали с последующим лазерным воздействием на поверхность рабочей стороны детали, при этом воздействие на рабочую сторону детали и воздействие на обратную сторону детали осуществляют при одинаковой мощности лазерного излучения, где площадь воздействия выбирают из соотношения

S_paб. /S_o6p.=2÷4,

где S_paб. - площадь воздействия на рабочую сторону детали, мм²;

S_o6p. - площадь воздействия на обратную сторону детали, мм².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке металлов, и может быть использовано для закалки поверхностных слоев длинномерных стальных изделий.

Известен способ лазерной закалки стальных изделий из тонколистового материала, включающий нагрев поверхности лазерным лучом с одновременным принудительным охлаждением обратной стороны материала струей жидкости (Заявка Японии № 59-1276 по кл. МКИ C21D 1/09 от 26.03.84 г.).

Недостатком данного способа является относительно низкое качество закалки изделия, обусловленное тем, что одновременное воздействие лазерного облучения и принудительное охлаждение приводят к образованию трещин.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является способ лазерной закалки поверхностных слоев стальных изделий, включающий нагрев сканирующим лучом рабочей и обратной сторон детали, при этом толщина обработанного слоя обратной стороны больше толщины обработанного слоя рабочей стороны (патент РФ № 2153009 по кл. C21D 1/09 от 20.07.2000 г.).

Данный способ, по мнению авторов, позволяет уменьшить остаточные деформации (прогиб листа), возникающие после лазерной обработки и приводящие к изменению первоначальной формы изделия.

Однако следует отметить, что на обработку лазерным лучом обратной стороны детали с целью обеспечения прогиба в противоположную сторону требуется затратить большее количество энергии, чем на преодоление сопротивления деформированного слоя рабочей стороны детали с упрочненными слоями. В конечном итоге это увеличивает трудоемкость способа.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в снижении трудоемкости способа закалки и снижении величины остаточных деформаций деталей.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе закалки поверхностных слоев плоских длинномерных стальных изделий, включающем тепловое воздействие сканирующим лазерным лучом рабочей и обратной сторон детали, предварительно осуществляют лазерное воздействие на поверхность обратной стороны детали с последующим лазерным воздействием на рабочую сторону детали, при этом площадь воздействия на рабочую сторону детали и площадь воздействия на обратную сторону детали выбирается из соотношения:

S_pa6./S_o6p.=2÷4, а технологические параметры лазерного воздействия на рабочую сторону детали идентичны технологическим параметрам лазерного воздействия на обратную сторону детали, где: S_раб. - площадь воздействия на рабочую сторону детали, мм²;

S _обр. - площадь воздействия на обратную сторону детали, мм².

Для устранения деформации длинномерных листовых изделий при закалке с использованием лазера, работающего в непрерывном режиме, использовалась следующая технология.

На начальном этапе осуществлялся нагрев обратной стороны детали лазерным лучом, сканирующим по поверхности детали вдоль его длины с последующим нагревом рабочей поверхности детали. Мощность лазерного излучения составляет 1000 Вт при диаметре лазерного луча, равном 4,0 мм, и скорости перемещения лазерного луча, равной 30 мм/с.

При последующем нагреве поверхности рабочего слоя при тех же параметрах лазерного излучения, диаметре лазерного луча и скорости перемещения лазерного луча происходит закалка рабочей поверхности детали.

Площадь воздействия лазерного излучения на обратную сторону детали меньше площади воздействия на рабочую сторону детали согласно представленному соотношению. Это позволяет обеспечить предварительную деформацию (отрицательный прогиб), что в конечном итоге уменьшает остаточную деформацию изделия и повышает его прочность и эксплуатационную надежность.

Пример 1.

Детали, подвергаемые обработке, выполнены из сталей 40Х, 45 с размерами (800 2000)×(80 100)×(40 50) мм.

При закалке ТВЧ рабочей поверхности остаточная деформация или прогиб заготовки составляют 1,5 2,0 мм на погонный метр. При лазерной закалке рабочей поверхности - 0,8 1,2 мм. При оптимальной твердости 59 61 HRC заявленная технология позволяет заменять высоколегированные дорогостоящие стали 18ХГТ, 12ХН3А на более дешевые конструкционные стали, не уступающие им по износостойкости. В предложенной технологии остаточные деформации находятся в пределах 0,05 0,1 мм, что позволяет резко снизить припуск на последующую обработку (шлифование) и повысить производительность производства в целом, поскольку исключается дополнительная операция рихтовки заготовок перед шлифованием.