00:06 Лазерная наплавка присадочным порошком. |
Лазерная наплавка заключается в нанесении на поверхность обрабатываемого изделия покрытия путем расплавления основы присадочного материала. Причем поскольку основа подплавляется минимально, свойства покрытия главным образом зависят от свойств присадочного материала. В настоящее время широкое внимание стали уделять одной из новых технологий, используемых для снижения стоимости и сокращения сроков изготовления новых изделий — объемному формообразованию путем лазерного переплава дополнительного присадочного материала.
Этот процесс разработан на основе лазерной наплавки с подачей присадочного порошка в зону воздействия лазерного луча.
Построение объекта осуществляется послойно, что позволяет производить изготовление деталей из различных материалов.
Этот процесс крайне привлекателен для ремонта важнейших деталей в авиастроении, ремонта оснастки, а также для внесения изменений в конфигурацию изделий везде, где применение традиционных технологий может привести к ухудшению свойств основного металла в результате воздействия высоких температур.
Выбрана установка HUFFMAN HC-205
Фото. Установка низкотемпературного порошкового наплавления.
Каждая установка HC-205 имеет встроенную программу Auto CLAD Laser Vision Software, позволяющую контролировать мощность лазера, положение лазерного фокуса, скорость егодвижения и параметры подачи металлического порошка. Выбраны следующие технологические параметры установки HUFFMAN HC-205:
Фото. Пятиосная лазерная установка.
Хорошо видно (рис. 1), что с увеличением мощности валик становится шире, что обусловлено более полным использованием присадочного порошка.
Из рисунка видно, что наплавка в сечении имеет каплевидную форму. По длине она представляет собой полосу любой длины в зависимости от поставленной задачи. Наплавка имеет резкую границу с подложкой. Материал наплавки не проникает глубоко, но имеет хорошее сцепление с пластиной. В материале пластины видна зона термического влияния полукруглой формы размером ~100 мкм. а б
Рис. 2. Общий вид с торца лазерной наплавки из порошка стали 15Х11МФ на пластину из технического Fe (а) и микроструктура наплавки (б). На рис. 3 приведены типичные снимки торцевой микроструктуры пластин из технического Fe с наплавленными на них с помощью лазерного излучения дорожками из порошка стали 15Х11МФ.
Из приведенного рисунка видно, что после штатной термической обработки (отжиг при 550–600 °С в течение 30 мин + охлаждение с печью) исходная структура пластины состоит из ферритных зерен полиэдрической формы с характерным размером 15–20 мкм, на границах и в стыках которых встречаются включения цементита, имеющие в отраженных электронах более темный фазовый контраст (рис. 3,а).
После наплавки дорожек в области соединения на пластине образуется зона термического влияния, представляющая собой вытянутые преимущественно вдоль направления теплового потока неправильной формы зерна феррита (рис. 2,б и 3,б).
Микроструктура остальной области наплавки – столбчатые кристаллиты с характерными размерами в сечении 4–5 мкм и в длину до 30 мкм с мелкодисперсными выделениями первичных фаз, вероятно, исходя из химического состава наплавки, (Mo, V)X (C, N)Y (рис. 3,в). На рис. 4 приведены значения изменения микротвердости по сечению лазерной наплавки.
Смещение алмазного индентора проводилось с шагом 50 мкм от зоны наплавленной стали в сторону исходной пластины.
Рис. 4. График зависимости изменения микротвердости по сечению лазерной наплавки из порошка стали 15Х11МФ на пластину из технического Fe. Эксперимент с порошком на основе титана.
В данном эксперименте были измерены геометрические параметры готовых валиков, а также микротвердость каждого валика.Исходные технологические параметры были выбраны следующим образом:
Измеренная твердость материала основания ВТ16 без закалки – 400 HV или 43 HRC, что соответствует по твердости обычным сталям.
Данные на рис. 5 соответствуют наплавке одного валика в расфокусе +25 мм при дальнейшем отскоке на 1.25 мм на каждый последующий слой.
а б Рис. 5. Зависимость ширины и высоты наплавленного валика от мощности лазерного излучения (а) и от скорости обработки (б). Рис. 6. Зависимость микротвердости налавленного валика от скорости обработки. Из данных графиков легко увидеть, что оптимальной мощностью для наплавки данного порошка будет 600 Вт, а скорость можно менять в широком диапазоне, не теряя твердости конечного образца.
Отдельно стоит рассмотреть наплавку одного валика при большой расфокусировке луча (+25 мм).
В данном случае получается большая ширина валика (4–5 мм), высота каждого слоя – порядка одного миллиметра.
Рис. 7. Распределение микротвердости по номеру наплавленного валика. Хорошо видно, что от основания при наплавке первых трех слоев микротвердость растет до предельного значения 76 HRC, что соответствует очень твердому сплаву.
Связано это с тем, что на 2-й слой оказывается максимальное тепловое воздействие (4 раза), в дальнейшем каждый слой закаляется только 3 раза. Этот факт стоит учитывать при создании многослойных валиков и объемном формообразовании. Таким образом, была проведена отработка режимов объемного формообразования с использованием порошков различного состава, с помощью установки Huffman NC-205, укомплектованной мощным непрерывным волоконным лазером.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
|
Источник: В.Н.Петровский, П.С.Джумаев, В.И.Польских, А.П.Стрельцов, В.Г.Штамм, В.Д.Миронов Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ ООО |
Ссылка: http://www.mephi.ru/ |
Категория: Сварка | Просмотров: 4492 | | |
Всего комментариев: 0 | |