способ лазерной обработки деталей из жаропрочных материалов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, при котором осуществляют нагрев деталей, дозированную подачу порошкового материала, перемещение детали относительно лазерного излучения и ее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности путем исключения трещинообразования, нагрев детали производят в течение всего цикла обработки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют до 700 - 800^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, газотурбинному двигателестроению и может быть использовано для упрочнения и восстановления локальных участков поверхности лопаток, дисков, соплового аппарата и других деталей.

Способ упрочнения и восстановления (наплавки) металлических деталей лучом лазера [1] заключающийся в воздействии лазерного луча на поверхность детали с одновременной подачей регулируемой газопорошковой струи в зону обработки, приводит к возникновению трещин в наплавленных и модифицированных слоях. Причиной этого явления являются внутренние напряжения, вызванные различием в коэффициентах линейного расширения валика и подложки, а также напряжения, формирующиеся при охлаждении прогреваемой с поверхности самой подложки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ лазерной обработки деталей из жаропрочных сталей, заключающийся в позиционировании и перемещении деталей, подаче лазерного излучения на поверхность деталей, дозированной подаче порошкового материала в зону обработки, включающий предварительный нагрев до 300-400^оС деталей, подлежащих обработке.

Этот способ дает удовлетворительные результаты при наплавке самофлюсующихся Cr-B-Ni-сплавов на массивные стальные детали, которые не успевают остывать при переносе из подогревающей печи в технологическую ячейку и в процессе лазерной обработки.

Однако этот способ не позволяет полностью исключить возникновение трещин при обработке сравнительно мелких деталей из жаропрочных никелевых и железоникелевых сплавов, которые с одной стороны быстро остывают ввиду небольшой массы, а с другой более склонны к растрескиванию при поверхностном скоростном нагреве, что может быть связано с большим, чем у сталей, коэффициентом термического расширения и большим количеством структурных включений. Введение стабилизирующих добавок в наплавочный материал также нежелательно, так как приводит к снижению жаро- и износостойкости покрытий.

Целью изобретения является повышение ресурса работы малогабаритных деталей путем исключения образования трещин.

Цель достигается тем, что в известном способе лазерной обработки деталей из жаропрочных материалов, включающем позиционирование и перемещение деталей, подачу лазерного излучения на поверхность деталей, дозированную подачу порошкового материала в зону обработки и охлаждение, общий нагрев деталей производят в процессе лазерной обработки.

Другое отличие состоит в том, что температуру нагрева увеличивают до 700-800^оС.

Нагрев в процессе обработки исключает остывание детали и позволяет поддержать температуру постоянной в течение времени обработки. Увеличение температуры нагрева до 700-800^оС позволяет снизить уровень внутренних напряжений в подложке в несколько раз и полностью исключить возникновение трещин (коэффициент линейного расширения никелевых сплавов близок к коэффициенту линейного расширения наплавочных материалов на карбидо-хромовой основе).

Способ был опробован при наплавке двух типов порошков на основе карбида, хрома (Cr₃C₂/Ni карбид хрома, плакированный никелем и КХН-15 сферодизированный порошок карбида хрома на никелевой связке) на детали из никелевого сплава Ж6У.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Деталь 1 размещают в нагревательной ячейке 2, изготовленной из нержавеющей стали и теплоизолированной шамотным кирпичом; в качестве нагревателей 3 используют стержни из карбида кремния. Нагревательную ячейку устанавливают на столе 4 перемещающего устройства. Перед обработкой деталь выдерживают в ячейке до 700^оС, которую контролируют термопарой. По достижении нужной температуры проводят лазерную обработку по известному способу. После этого нагревательную ячейку выключают, деталь остывает вместе с ней до 350-400^о и затем переносится в сушильный шкаф, в котором медленно охлаждается в течение 2 ч до комнатной температуры. После этого обработанная поверхность шлифуется и контроль на наличие трещин осуществляется методами цветовой дефектоскопии, а также металлографического анализа. Для сравнения анализируют аналогичные образцы после предварительного нагрева в печи до 350-400^оС и обработанные при непосредственно нагреве до 400^оС.

После обработки предварительно нагретых деталей указанных размеров количество и характер расположения трещин такой же, как при обработке холодных деталей. При подогреве до t=300-400^оС трещины остаются, но количество и их ширина уменьшаются. Использование предлагаемого способа по сравнению с существующими позволяет полностью исключить возникновение трещин, увеличить ресурс работы изделий и расширить область внедрения лазерной технологи применительно к более ответственным деталям.

Режим обработки при температуре подогрева t=700^оС приведен в таблице.