Лазерная химико- термическая обработка (ЛХТО) титановых и алюминиевых сплавов



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Лазерная химико- термическая обработка (ЛХТО) титановых и алюминиевых сплавов



10 Недостаточная износостойкость титановых сплавов ограничивает их применение. Износостойкость титановых α –сплавов АТ-3, АТ-6, (α+β) сплава ВТ22 может быть обеспечена за счет повышения твердости при лазерном легировании из обмазок , содержащих SiC ( карбосилицирование ) или ВС (карбоборирование) при сохранении достаточной пластичности. Для лазерной обработки использовался лазер Квант 16 , Е= 15Дж, длительность импульса от 4 до 6мкс, и СО -лазер , Р- 2кВт. Значения твердости поверхностного слоя титановых сплавов после ЛХТО приведены в табл.20.17

 

Т а б л и ц а 20.17.

Значения твердости титановых сплавов после ЛХТО

 

Марка сплава

Твердость сплавов после лазерного легирования, HV

  ВС SiC
АТ-6 190 135
ВТ-22 168 113
Тi 250 168

 

     Износостойкость оценивалась по объему лунки , вытертой твердосплавным диском при Р-49 и 98 Р; Диск диаметром 30мм, шириной 2,5мм вращался с частотой 675мин . В зону трения подавалась охлаждающая жидкость. Значения износостойкости титановых сплавов в зависимости от вида ЛХТО приведено в табл.20.18.

Т а б л и ц а  20.18.

Износостойкость титановых сплавов в зависимости от вида ЛХТО.

Марка сплава

Вид обработки

Объем лунки Vмм при пути тренияL,м

 

50 100
Вт1-0 Исходное состояние Насыщение поверхности из обмазки Содержащей : SiC BC 5     1,8 0,5 10     3,2 0,9
Вт22 Исходное состояние Насыщение поверхности из обмазки Содержащей : SiC BC Лазерная закалка 4     2,2 0,8 3,2 5     3,3 1,2 4,0

 

Кавитационная стойкость определялась по потере массы образца I, мГ за 3 часа при испытании на магнитострикционном вибраторе f= 8б,1кГц, амплитуда вибрации 70мкм. Результаты испытаний на кавитационную стойкость сплава ВТ -22 после лазерной закалки и ЛХТО приведены в табл.20.19.

Т а б л и ц а 20.19.

Кавитационная стойкость сплава Вт-22 после после лазерной закалки и ЛХТО

 

Вид обработки I,мг
Исходное состояние 17,8
Лазерная закалка 11,2
ЛХТО (SiC) 10,1

 

Таким образом ЛХТО титановых сплавов повышает ресурс работы титановых сплавов в условиях износа в 1,5-1,6 раза.

Двойная поверхностная обработка титана и его сплавов включает плазменное напыление при низком давлении в атмосфере аргона и обработку СО - лазером высокой мощности.

Равные массы чистых порошков никеля и титана смешивают и используют для образования титано-никелевых слоев на сплаве Ti6AI4V. Пламя плазмы контролируется за счет применения газов аргона и гелия. Выходная мощность энергии составляет 30кВт. Плазменный процесс при низком давлении осуществляется в атмосфере аргона при давлении 5000Па. Композиционные слои, полученные при одновременном плазменном напылении и обработке лазером , обладают микроструктурой с низким процентом пустот по сравнению со слоями полученными плазменной обработкой при низком давлении. Композиционные слои, полученные расплавления лазером после нанесения плазменного покрытия ,обладают микроструктурой с меньшей пористостью по сравнению со слоем, полученным комбинированной обработкой на поверхности наблюдаются трещины. Толщина слоя важный конструктивный фактор для достижения оптимальных свойств упрочненной поверхности. СО  лазер применяется, когда наносимый слой имеет толщину ~ 30мкм так как при этом требуется поток с низкой плотностью энергии. При проведении комбинированной обработки требуется оптимальные значения мощности лазера (2кВт, 4мм в диаметре) и скорости сканирования излучения ( 10мм/c ,при этом частота сканирования 160Гц, амплитуда 10мм) , вне оптимальных режимов можно легко повредить слой вызывая различное термическое расширение или термическую деформацию. Исследования износа трением – скольжением производилось методом шар на пластине, двигающейся попеременно взад- вперёд , груз 98Н, скорость 10 циклов в сек. ; дорожка 100мм/цикл. Результаты исследования износа трением – скольжением представлены в табл.20.20.

Т а б л и ц а  20.20.

Результаты влияния технологий нанесения покрытий на величину износа Ti-Ni слоев на сплаве Ti6AI4V ( шероховатость поверхности R = 0.1мкм после полирования).

Технология обработки Оборудование

Коэффициент трения μ

В зависимости от времени испытания, мин.

Недостатки

покрытия

Достоинства

покрытия

    5 10 20 30 40 60
Плазменное напыление в атмосфере аргона Контролируемая система плазменного напыления, вакуумная камера 0,43 0,43 0,46 - - - Высокая пористость и низкая адгезионная способность покрытия Высокая степень осаждения , большая площадь обработки
Лазерная обработка после плазменного напыления СО  лазер с Р мах 6кВт и с системой контроля температуры, Р вых. 3,5 кВт при переплавлении поверхности, диаметр потока 1,5мм 0,4 0,4 0,4 0,4 0,45 - На поверхности наблюдаются трещины, удаляются при шлифовании. Образование интерметаллидного слоя, диффузионного слоя и зоны термического влиянии, усиливает адгезивную способность
Совместное использование лазера и плазменного напыления Р- 2кВт , 4мм в диаметре при совместном использовании лазера и плазменного напыления 0,1 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 Слой небольшой толщины Наилучшие триботехнические свойства

 

Технологии комбинированного применения лазера и плазменного напыления покрытий расширит область применения титановых сплавов в качестве триботехнических материалов.

Технология совмещающая диффузионное и плазменное азотирование

 ( "Нитрон"- процесс ) эффективно повышает прочность в результате образования зубообразной границы раздела , повышающей прочность сцепления между TiN – покрытием и основой сплава Ti6AI4V. При проведении"Нитрон"- процесса Ar/N плазма вводится до начала испарения титана , следовательно устраняется инертный слой окислов на поверхности сплава , увеличивается скорость проникновения азота в поверхностный слой титана (табл.20.21).

Т а б л и ц а  20.21.

Прочность поверхностно упрочненного сплава Ti6AI4V

Технологический процесс Нагрузка разрушения,Н
Традиционное покрытие TiN 50
Плазменное азотирование 700°С/20часов 450
Двойной "Нитрон"- процесс 750

 

Высокая прочность полученная двойным "Нитрон"- процессом сравнима с результатом после высокотемпературного (850°С) плазменного азотирования , но сплавы после высокотемпературного плазменного азотирования обладают резко сниженным пределом усталости и значительной шероховатостью поверхности.

 

 

Лазерное поверхностное легирование ( ЛПЛ) алюминиевых сплавов.

 Лазерное поверхностное легирование ( ЛПЛ) позволяет упрочнять алюминиевые сплавы, не упрочняемые обычной химико-термической обработкой, а также достичь улучшения их антифрикционных характеристик.

Для этой цели использовался лазер непрерывного действия "Комета" 1, мощностью Р-1кВт, сканирование осуществлялось со скоростью V-12,5м/с , обработка проводилась с расплавлением поверхностного слоя, упрочнение осуществлялось полосами. Результаты влияния ЛПЛ на твердость поверхностного слоя сплава Д16 представлены в табл. 20.22.

Т а б л и ц а 20.22.

 

Глубина упрочненного слоя и твердость поверхностного слоя сплава Д16 и АЛ25 после ЛПЛ.

Насыщающий элемент

Свойства поверхностного слоя

сплав Глубина слоя,  мкм Твердость Н, МПа
Ni(Д16) Cr(АЛ25) NbSi (Д16) 360 480 350 5000 6300 6500

 

ЛПЛ измельчает зерно, наиболее однородная структура образуется при легировании хромом. Распределение твердости в слое, легированном дисилицидом ниобия, имеет неравномерный характер, соответствующий гетерофазности структуры. Сплав Ал25, подвергнутый ЛПЛ , испытывался на износ на машине трения 77МТ-1, Руд. -2МПа, V=0,15м/c, с использованием в качестве смазки индустриального масла. Максимальная износостойкость получена при коэффициенте заполнения К = 0,6.Коэффициент заполнения К = /S ., где - суммарная поверхность зон упрочнения; S - поверхность образца. Изменение массы образца с течением времени при К = 0,6 с разным исходным состоянием поверхности представлено в табл.20.23.

Т а б л и ц а 20.23.

 

Изменение массы упрочненного образца из сплава АЛ25 после ЛПЛ (режим обработки: Р=1кВт.;δ =0,3мм; режим испытания: Р=2МПа; v=0,15m/c)

 

Состояние поверхности

Изменение массы образца, мг

во времени,мин

15 30 60 90 120
Исходное 0,1 0,25 0,35 0,48 -
Легирование никелем 0,04 0,07 0,09 0,1 0,12
Легирование хромом 0,02 0,04 0,05 0,06 0,08
Легирование дисилицидом ниобия 0,03 0,05 0,06 0,08 0,09

 

Коэффициент трения определялся на машине ХТИ 25 (в качестве контртела использовалась сталь 45, с твердостью HRC 45-46, К = 0,6 (табл.20.24)

Т а б л и ц а  20.24.

Значения коэффициентов трения, полученных при испытании сплава Ал25, подвергнутого ЛПЛ

Насыщающий элемент

Fтр в зависимости от пути трения Lx10

Начало испытания 3,7 7,5 15 22,5 37
1 - исходное состояние - 0,39 0,33 0,34 0,34 0,34
2 Никель 0,32 0,27 0,22 0,17 0,17 0,17
3 Хром 0,27 0,18 0,13 0, 13 0, 13 0, 13
4 Дисилицид ниобия 0,3 0,23 0,17 0,1 0,8 0,8

 

При работе в стационарном режиме Fтр уменьшается в 3-4 раза. Быстрое уменьшение коэффициента трения на начальном этапе работы связано с процессом приработки. При работе в стационарном режиме Fтр уменьшается в 3-4 раза.

Таким образом лазерное легирование хромом и дисилицидом молибдена позволяют существенно повысить износостойкость алюминиевых сплавов.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.229.137.68 (0.009 с.)