Влияние лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоев твердого сплава Т15К6
ART 86139
С.
И. Богодухов Библиографическое описание статьи для цитирования:
Богодухов
С.
И.,
Козик
Е.
С.,
Свиденко
Е.
В. Влияние лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоев твердого сплава Т15К6 // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 11. – С.
636–640. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/86139.htm.
Аннотация. В данной работе проведено иследование влияния различных видов и режимов обработки на состояние поверхности твердого сплава Т15К6. Целью работы является изучение влияния лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоев твердосплавных пластин марки Т15К6. В качестве объекта исследования применяли четырехгранные пластины твердого сплава Т15К6 размером 12,70×12,70×4,76 мм, ГОСТ 19052-80. Лазерную обработку твердосплавных пластин марки Т15К6 проводили на установке LQ-129, при этом изменяли количество импульсов в точку от 100 до 3000 и плотность энергии E от 50 до 140 Дж/см2. Установлено, что для повышения твердости твердого сплава Т15К6 плотность энергии лазерного излучения должна составлять от 100 до 120 Дж/см2. Определено, что продуктами разложения монокарбида WC являются гранецентрированные карбиды WC, двойные карбиды и сложные карбиды типа СохWyCz, которые обогащают связующий слой кобальта и увеличивают твердость. Показано увеличение глубины упрочненного слоя в зависимости от энергоемкости (количества импульсов в точку) лазерного воздействия.
Текст статьи
Богодухов Станислав Иванович,д.т.н., профессор кафедры материаловедения и технологии материалов Оренбургского государственного университета, г. Оренбургogu@mailgate.ru
Козик Елена Станиславовна,
к.т.н., доцент кафедры материаловедения и технологии материалов Оренбургского государственного университета, г. Оренбургele57670823@yandex.ru
Свиденко Екатерина Валерьевна,
аспирант кафедры материаловедения и технологии материалов Оренбургского государственного университета, г. Оренбургele57670823@yandex.ru
Влияние лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоев твердого сплава Т15К6
Аннотация. В данной работе проведено иследование влияния различных видов и режимов обработки на состояние поверхности твердого сплава Т15К6.Целью работы
является изучение влияния лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоев твердосплавных пластин марки Т15К6. В качестве объекта исследования применяли четырехгранные пластины твердого сплава Т15К6, размером 12,70×12,70×4,76 мм, ГОСТ 1905280.Лазерную обработку твердосплавных пластин марки Т15К6 проводили на установке LQ129при этом изменяли количество импульсов в точку от 100 до 3000 и плотность энергии Eот 50 до 140 Дж/см2.Установлено, что для повышения твердости твердого сплава Т15К6 плотность энергии лазерного излучения должно составлять от 100 до 120 Дж/см2. Определено, что продуктами разложения монокарбида WCявляются гранецентрированные карбиды WC, двойные карбиды и сложные карбиды типа СохWyCz,которые обогащают связующий слой кобальта и увеличивают твердость.Показаноувеличение глубины упрочненного слоя в зависимости от энергоемкости (количества импульсов в точку) лазерного воздействия.Ключевые слова: лазерное упрочнение, твердый сплав, импульсы, твердость, микроструктура.
Состояние и свойства поверхностного слоя рабочих граней твердосплавного инструмента определяют его стойкость при эксплуатации и качество поверхностей обрабатываемых деталей. Изменения в поверхностном слое влияют и на объемные и на прочностныесвойства материала в целом. Существенного повышения износостойкости инструмента можно добиться используя высокотехнологические физикохимические методы поверхностного упрочнения твердых сплавов как традиционные, так и новые технологические процессы[16].Лазерная обработка приводит к значительному изменению состояния поверхности слоя материала, что оказывает существенное влияние на свойства изделий. Упрочнение поверхностного слоя инструмента, изготовленного из твердого сплава, увеличивает его долговечность. Поэтому иследование влияния различных видов и режимов обработки на состояние поверхности изделий является задачей, важной как в научном, так и в практическом отношении[714].
Цельюработы
является изучение влияния лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоевтвердосплавных пластин марки Т15К6.
В качестве объекта исследованияприменяли четырехгранные пластинытвердого сплава Т15К6, размером 12,70×12,70×4,76мм, ГОСТ 1905280.Лазерную обработку твердосплавных пластин марки Т15К6 проводили на установке LQ129при этом изменяликоличество импульсов в точку от 100 до 3000 и плотность энергии Eот 50 до 140 Дж/см2.Внешний вид пластинтвердого сплава Т15К6 после лазерной обработки(100 импульсов в точку)представлен на рисунке1.
Рис. 1.Внешний вид пластинтвердого сплава Т15К6посла лазерной обработки
После лазерной обработки по различным режимам провели исследование структуры на электронном микроскопе JEOl6000 и на мультивизоре μVizo–MET221. Микрошлифы для установления зоны повышенной твердости и глубины ее залегания подготавливали по следующей методике: поверхности шлифа выравнивались шлифовальным кругом из карбида кремния марки К325М3 СМ1К с обильным охлаждением 5% раствором эмульсионной жидкости. Номера зернистости абразивныхматериалов по ГОСТ 364771 задаются длиной стороны ячейки сита в сотых долях миллиметра. Микропорошки обозначаются буквой М и цифрой 1, показывающей наибольший размер зерна в микрометрах. Размер зернистости характеризуется размером основной фракции.Шлифование образцов осуществлялось с применением алмазного порошка АСМ14 (по ГОСТ 920670
это субмикропорошок , изготовленный из синтетических алмазов с содержанием крупной фракции до 14 %); полировку шлифа проводили алмазным порошком АСМ35(по ГОСТ 920670 это субмикропорошок , изготовленный из синтетических алмазов с содержанием крупной фракции от 3 % до 5 %, которым осуществляется сверхтонкая доводка и полирование поверхности изделий), нанесенным на диск обтянутый фетровой тканью, травление проводилив реактиве, содержащем красную 50 % ную кровяную соль, гидроксид калия и дистиллированную воду в соотношении, %: 30 : 15 : 55. Твёрдый сплав травили в течение 30 с.
На рисунке 2приведена микроструктура пластин Т15К6 после лазерной обработкис различным количеством импульсов в точку.После лазерного воздействия на рисунке 2б (100 импульсов в точку), плотность энергии ~ 50 Дж/см2 происходит насыщение кобальтовой связки продуктами деструкции монокарбида WC. На рисунках 2 в, г, д идет увеличение количества светлой фазы вследствие образования сложного карбида Co3W3Cиуменьшение содержания металлического кобальта в связке. На рисунке 2 е преобладает светлая фаза, так как в связующем слое появляются сложные карбиды с нарушенной стехиометрией (типа CoxWyCz), а также увеличивается количество полу карбидов W2Cи кубического карбида WC.Определение микротвердости поверхности и приповерхностного слоя до и после упрочнения проводили на микротвердомере ПМТ3, при нагрузке 1,96 Н. Значе ние величины микротвердости рассчитывали, как среднее, по 3 отпечаткам на двух образцах.
E=50 Дж/см2
а
б
E=80 Дж/см2
E=100 Дж/см2
в
г
E=120 Дж/см2
E=140 Дж/см2
д
е
а исходный образец; б
100 импульсов; в
500 импульсов; г 1000 импульсов; д 2000 импульсов; е 3000 импульсов
Рис.2.Микроструктура пластин Т15К6 после лазерной обработки (Мультивизор μVizo
MET221), х1000
Результатыиспытаний на микротвердость (Hμ)
твердого сплава Т15К6 приведены на рисунке 3.
Рис. 3.Изменение микротвердости твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия
Анализ рисунка 3 показал, что происходит уменьшение микротвердости по глубине поверхностного слоя на 20 %. Уменьшение Hμ в глубину образца обусловлено повышенноймикротвердостьюповерхностного слоя за счет лазерного воздействиия.При лазерном воздействии от 100 до 1000 импульсов происходит увеличение в 1,5 раза микротвердости, при 2000 импульсах
в 2 раза, а затем пониженииемикротвердости при 3000 импульсах до уровня микротвердости исходного твердого сплава.Сцелью выявления глубины проникновения лазераиизмененияструктуры упрочненныхслоев проводили исследованиена мультивизоре μVizo
MET221.Микроструктура поверхностного слоя твердых сплавов Т15К6 после лазерного воздействияприведена на рисунке 4.Глубина слоя с измененной структурой увеличивается от 0,065 мм (500 импульсов) до 0,131 мм (3000 импульсов). Линейная зависимость увеличения размера упрочненногослоя с модифицированной структурой от количества импульсов явно прослеживается на рисунке 4. Микротвердость, кг/мм20,10,20,3Глубина мм
а
б в г
да –микроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 100 импульсов, ×1000; б–микроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 500 импульсов; в
микроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия1000 импульсов;гмикроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 2000 импульсов; дмикроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 3000 импульсов
Рис.4.Микроструктуры поверхностного слоя твёрдогосплава Т15К6
после лазерного воздействия, ×500
Длявыявления трещин,отслоений, следов воздействиялазерного воздействияпроводили обследование упрочненных образцов на электронном микроскопе JEOLISM–6000.Микроструктура пятна воздействия лазера на твердый сплав Т15К6 представленана рисунке 5.
а б
в
а –х 100; б–х 1000; в–1500
Рис.5.Микроструктура твердого сплаваТ15К6 после лазерного воздействия (Электронный микроскоп JEOLISM–6000)
Определение фазового состава проводилис помощью микродифрактометра МД –10. Диапазон регистрации дифрактометра от 16˚ до 120˚ двумя поддиапазонами одновременной регистрации спектра от 16˚ до 70˚ или от 65˚ до 120˚ с интервалом перекрытия поддиапазонов 5˚. Среднеквадратичное отклонение определения угловой координаты одного и того же дифракционного пика не более 0,02˚ .На рисунке 6представлен дифрактограмматвердого сплаваТ15К6.
1–до лазерного излучения, 2 –после лазерного излучения(100 импульсов)
Рис.6.Фрагмент дифрактограммы Т15К6 , диапазон углов от15º до 70º, цифры у пиков индексы интерференции (HKL)
Изучение изменений напряженного состояния в поверхностных слоях твердосплавных изделий проводили рентгеноструктурным методом[15] аналогично определению термических напряжений.Определены размеры блоков (D) и напряжения (Δd/d) твердого сплава Т15К6 после различных видов упрочнения.
Было показано наличие микронапряжений значительной величины, обнаружены изменения тонкой структуры карбида вольфрама (областей когерентного рассеивания рентгеновских лучей и микроискажений), а также изменения фазового состава связующей фазы (увеличение доли гексагональной модификации)(таблица 2).Таблица 2
Параметры тонкой структуры WCи TiCфазы сплава Т15К6
после лазерного воздействия
Вид термической обработкиФазовый составИндекс кристаллографического направления001001, 002D, нмΔd/d·103Сплав после спеканияWС
ГПУTiС, СоГЦК7,504,12Импульсная лазерная обработка(100импульсов)
TiС, СоГЦКWС, W2CГПУ
5,25,63Импульсная лазерная обработка (3000 импульсов)TiС, СоГЦКWС, W2C,Co1xWxC1yГПУ12,07,12
Выводы
1. Для повышения твердоститвердого сплава Т15К6 плотность энергии лазерного излучения должно составлять от 100 до 120 Дж/см2. При более низкой энергии излучения агрегатное состояние практически не меняется.2. Установлено, что продуктами разложения монокарбида WCявляются гранецентрированные карбиды WC, двойные карбиды и сложные карбиды типа СохWyCz,которые обогащают связующий слой кобальта и увеличивают твердость.3. Определили увеличение глубины упрочненного слоя в зависимости от энергоемкости (количества импульсов в точку) лазерного воздействия.4. Режим лазерного упрочненияот 500до 1000 импульсов в точку позволяетповысить твердость в 2 раза.
5.Таким образом, импульснолазерная обработка является эффективным способом упрочнения твердых сплавов, при этомизменяетсяфазовый состав, параметры тонкой структуры, что влияет на твердость.Более углубленное изучение и оптиматизация лазерного упрочнения твердого сплава Т15К6 позволитповысить эффективность процесса и его широкоевнедрениев производство.
Ссылки на источники1Бондаренко В.А. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов / В.А. Бондаренко, С.И. Богодухов. –М.: Машиностроение, 2000. –141с.2Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов/ М.Г Лошак. Киев: Наук. думка, 1984.328с.3Панов В.С. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них / В.С. Панов, А.М. Чувилин.М.: МИСИС, 2001. 428 с.4Лошак М.Г. Упрочнение твердых сплавов / М.Г. Лошак. –К.: Наукова думка, 1997. –142 с.5Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. Т.1 : Производство металлических порошков /Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. М. : Издво МИСИС, 2001 . 368 с.
6 Фальковский В.А. Твердые сплавы /В.А. Фальковский, Л.И. Клячко.М.: Изд. дом «Руда и металлы», 2005, 368 с.7Иванов, Ю.Ф. Структурнофазовое состояние и служебные характеристики твердосплавного инструмента, обработанного низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком субмиллисекундной длительности/ Ю.Ф. Иванов, Н.Н. Коваль, В.Е. Овчаренко.–Николаев, 2007. –С. 47–508 Панченко В.Я. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / В.Я.Панченко. –М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. –664 с.9Григорьянц А.Г. Технологические процессы лазерной обработки / А.Г. Григорьянц, А.И. Мисюров. –М.МГТУ им Н.Э. Баумана, 2006. –664 с. 10ГригорьянцА.Г. Технологические процессы лазерной обработки/А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров.–М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. –664 с.11 Латыпов, Р.Р. Технология лазерной обработки конструкционных инструментальных материалов в авиодвигателестроении / Р.Р. Латыпов, Н.Г. Трегулов, А.М. Смыслов, А.В. Лобанов.–М.: 2007. –250 с.12 Лазерная закалка деталей с покрытием, нанесенным химическим осаждением из паровой фазы. LaserstrahlhartenCVDbeschichteterTeile. Technica(Suisse). 2000. 49, № 20. с. 3841.13 Воронцов П.А. О целесообразности импульсно –лазерного упрочнения металлокерамических твердых сплавов : сборник научных трудов/П.А. Воронцов, В.М. Гончаров, М.Н. Шагров.–Ставрополь: Сев. Кав. ГТУ, 2005. С. 20 –24.14 Воронцов П.А. Об эффективности процесса упрочнения инструмента импульсно лазерной обработкой : материалы VII региональной научно–технической конференции «Вузовская наука –Северокавказскому региону»/П.А. Воронцов, М.Н. Шагров. –Ставрополь: Сев. Кав. ГТУ, 2003. С. 70 –73. 15Горелик С. С. Рентгенографический и электроннооптический анализ[Текст]: учеб. пособие для вузов / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев.4е изд., перераб. и доп. М. : МИСиС, 2002. 360 с.
Козик Елена Станиславовна,
к.т.н., доцент кафедры материаловедения и технологии материалов Оренбургского государственного университета, г. Оренбургele57670823@yandex.ru
Свиденко Екатерина Валерьевна,
аспирант кафедры материаловедения и технологии материалов Оренбургского государственного университета, г. Оренбургele57670823@yandex.ru
Влияние лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоев твердого сплава Т15К6
Аннотация. В данной работе проведено иследование влияния различных видов и режимов обработки на состояние поверхности твердого сплава Т15К6.Целью работы
является изучение влияния лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоев твердосплавных пластин марки Т15К6. В качестве объекта исследования применяли четырехгранные пластины твердого сплава Т15К6, размером 12,70×12,70×4,76 мм, ГОСТ 1905280.Лазерную обработку твердосплавных пластин марки Т15К6 проводили на установке LQ129при этом изменяли количество импульсов в точку от 100 до 3000 и плотность энергии Eот 50 до 140 Дж/см2.Установлено, что для повышения твердости твердого сплава Т15К6 плотность энергии лазерного излучения должно составлять от 100 до 120 Дж/см2. Определено, что продуктами разложения монокарбида WCявляются гранецентрированные карбиды WC, двойные карбиды и сложные карбиды типа СохWyCz,которые обогащают связующий слой кобальта и увеличивают твердость.Показаноувеличение глубины упрочненного слоя в зависимости от энергоемкости (количества импульсов в точку) лазерного воздействия.Ключевые слова: лазерное упрочнение, твердый сплав, импульсы, твердость, микроструктура.
Состояние и свойства поверхностного слоя рабочих граней твердосплавного инструмента определяют его стойкость при эксплуатации и качество поверхностей обрабатываемых деталей. Изменения в поверхностном слое влияют и на объемные и на прочностныесвойства материала в целом. Существенного повышения износостойкости инструмента можно добиться используя высокотехнологические физикохимические методы поверхностного упрочнения твердых сплавов как традиционные, так и новые технологические процессы[16].Лазерная обработка приводит к значительному изменению состояния поверхности слоя материала, что оказывает существенное влияние на свойства изделий. Упрочнение поверхностного слоя инструмента, изготовленного из твердого сплава, увеличивает его долговечность. Поэтому иследование влияния различных видов и режимов обработки на состояние поверхности изделий является задачей, важной как в научном, так и в практическом отношении[714].
Цельюработы
является изучение влияния лазерного упрочнения на состояние поверхностных слоевтвердосплавных пластин марки Т15К6.
В качестве объекта исследованияприменяли четырехгранные пластинытвердого сплава Т15К6, размером 12,70×12,70×4,76мм, ГОСТ 1905280.Лазерную обработку твердосплавных пластин марки Т15К6 проводили на установке LQ129при этом изменяликоличество импульсов в точку от 100 до 3000 и плотность энергии Eот 50 до 140 Дж/см2.Внешний вид пластинтвердого сплава Т15К6 после лазерной обработки(100 импульсов в точку)представлен на рисунке1.
Рис. 1.Внешний вид пластинтвердого сплава Т15К6посла лазерной обработки
После лазерной обработки по различным режимам провели исследование структуры на электронном микроскопе JEOl6000 и на мультивизоре μVizo–MET221. Микрошлифы для установления зоны повышенной твердости и глубины ее залегания подготавливали по следующей методике: поверхности шлифа выравнивались шлифовальным кругом из карбида кремния марки К325М3 СМ1К с обильным охлаждением 5% раствором эмульсионной жидкости. Номера зернистости абразивныхматериалов по ГОСТ 364771 задаются длиной стороны ячейки сита в сотых долях миллиметра. Микропорошки обозначаются буквой М и цифрой 1, показывающей наибольший размер зерна в микрометрах. Размер зернистости характеризуется размером основной фракции.Шлифование образцов осуществлялось с применением алмазного порошка АСМ14 (по ГОСТ 920670
это субмикропорошок , изготовленный из синтетических алмазов с содержанием крупной фракции до 14 %); полировку шлифа проводили алмазным порошком АСМ35(по ГОСТ 920670 это субмикропорошок , изготовленный из синтетических алмазов с содержанием крупной фракции от 3 % до 5 %, которым осуществляется сверхтонкая доводка и полирование поверхности изделий), нанесенным на диск обтянутый фетровой тканью, травление проводилив реактиве, содержащем красную 50 % ную кровяную соль, гидроксид калия и дистиллированную воду в соотношении, %: 30 : 15 : 55. Твёрдый сплав травили в течение 30 с.
На рисунке 2приведена микроструктура пластин Т15К6 после лазерной обработкис различным количеством импульсов в точку.После лазерного воздействия на рисунке 2б (100 импульсов в точку), плотность энергии ~ 50 Дж/см2 происходит насыщение кобальтовой связки продуктами деструкции монокарбида WC. На рисунках 2 в, г, д идет увеличение количества светлой фазы вследствие образования сложного карбида Co3W3Cиуменьшение содержания металлического кобальта в связке. На рисунке 2 е преобладает светлая фаза, так как в связующем слое появляются сложные карбиды с нарушенной стехиометрией (типа CoxWyCz), а также увеличивается количество полу карбидов W2Cи кубического карбида WC.Определение микротвердости поверхности и приповерхностного слоя до и после упрочнения проводили на микротвердомере ПМТ3, при нагрузке 1,96 Н. Значе ние величины микротвердости рассчитывали, как среднее, по 3 отпечаткам на двух образцах.
E=50 Дж/см2
а
б
E=80 Дж/см2
E=100 Дж/см2
в
г
E=120 Дж/см2
E=140 Дж/см2
д
е
а исходный образец; б
100 импульсов; в
500 импульсов; г 1000 импульсов; д 2000 импульсов; е 3000 импульсов
Рис.2.Микроструктура пластин Т15К6 после лазерной обработки (Мультивизор μVizo
MET221), х1000
Результатыиспытаний на микротвердость (Hμ)
твердого сплава Т15К6 приведены на рисунке 3.
Рис. 3.Изменение микротвердости твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия
Анализ рисунка 3 показал, что происходит уменьшение микротвердости по глубине поверхностного слоя на 20 %. Уменьшение Hμ в глубину образца обусловлено повышенноймикротвердостьюповерхностного слоя за счет лазерного воздействиия.При лазерном воздействии от 100 до 1000 импульсов происходит увеличение в 1,5 раза микротвердости, при 2000 импульсах
в 2 раза, а затем пониженииемикротвердости при 3000 импульсах до уровня микротвердости исходного твердого сплава.Сцелью выявления глубины проникновения лазераиизмененияструктуры упрочненныхслоев проводили исследованиена мультивизоре μVizo
MET221.Микроструктура поверхностного слоя твердых сплавов Т15К6 после лазерного воздействияприведена на рисунке 4.Глубина слоя с измененной структурой увеличивается от 0,065 мм (500 импульсов) до 0,131 мм (3000 импульсов). Линейная зависимость увеличения размера упрочненногослоя с модифицированной структурой от количества импульсов явно прослеживается на рисунке 4. Микротвердость, кг/мм20,10,20,3Глубина мм
а
б в г
да –микроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 100 импульсов, ×1000; б–микроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 500 импульсов; в
микроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия1000 импульсов;гмикроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 2000 импульсов; дмикроструктура поверхностного слоя твердого сплава Т15К6 после лазерного воздействия 3000 импульсов
Рис.4.Микроструктуры поверхностного слоя твёрдогосплава Т15К6
после лазерного воздействия, ×500
Длявыявления трещин,отслоений, следов воздействиялазерного воздействияпроводили обследование упрочненных образцов на электронном микроскопе JEOLISM–6000.Микроструктура пятна воздействия лазера на твердый сплав Т15К6 представленана рисунке 5.
а б
в
а –х 100; б–х 1000; в–1500
Рис.5.Микроструктура твердого сплаваТ15К6 после лазерного воздействия (Электронный микроскоп JEOLISM–6000)
Определение фазового состава проводилис помощью микродифрактометра МД –10. Диапазон регистрации дифрактометра от 16˚ до 120˚ двумя поддиапазонами одновременной регистрации спектра от 16˚ до 70˚ или от 65˚ до 120˚ с интервалом перекрытия поддиапазонов 5˚. Среднеквадратичное отклонение определения угловой координаты одного и того же дифракционного пика не более 0,02˚ .На рисунке 6представлен дифрактограмматвердого сплаваТ15К6.
1–до лазерного излучения, 2 –после лазерного излучения(100 импульсов)
Рис.6.Фрагмент дифрактограммы Т15К6 , диапазон углов от15º до 70º, цифры у пиков индексы интерференции (HKL)
Изучение изменений напряженного состояния в поверхностных слоях твердосплавных изделий проводили рентгеноструктурным методом[15] аналогично определению термических напряжений.Определены размеры блоков (D) и напряжения (Δd/d) твердого сплава Т15К6 после различных видов упрочнения.
Было показано наличие микронапряжений значительной величины, обнаружены изменения тонкой структуры карбида вольфрама (областей когерентного рассеивания рентгеновских лучей и микроискажений), а также изменения фазового состава связующей фазы (увеличение доли гексагональной модификации)(таблица 2).Таблица 2
Параметры тонкой структуры WCи TiCфазы сплава Т15К6
после лазерного воздействия
Вид термической обработкиФазовый составИндекс кристаллографического направления001001, 002D, нмΔd/d·103Сплав после спеканияWС
ГПУTiС, СоГЦК7,504,12Импульсная лазерная обработка(100импульсов)
TiС, СоГЦКWС, W2CГПУ
5,25,63Импульсная лазерная обработка (3000 импульсов)TiС, СоГЦКWС, W2C,Co1xWxC1yГПУ12,07,12
Выводы
1. Для повышения твердоститвердого сплава Т15К6 плотность энергии лазерного излучения должно составлять от 100 до 120 Дж/см2. При более низкой энергии излучения агрегатное состояние практически не меняется.2. Установлено, что продуктами разложения монокарбида WCявляются гранецентрированные карбиды WC, двойные карбиды и сложные карбиды типа СохWyCz,которые обогащают связующий слой кобальта и увеличивают твердость.3. Определили увеличение глубины упрочненного слоя в зависимости от энергоемкости (количества импульсов в точку) лазерного воздействия.4. Режим лазерного упрочненияот 500до 1000 импульсов в точку позволяетповысить твердость в 2 раза.
5.Таким образом, импульснолазерная обработка является эффективным способом упрочнения твердых сплавов, при этомизменяетсяфазовый состав, параметры тонкой структуры, что влияет на твердость.Более углубленное изучение и оптиматизация лазерного упрочнения твердого сплава Т15К6 позволитповысить эффективность процесса и его широкоевнедрениев производство.
Ссылки на источники1Бондаренко В.А. Обеспечение качества и улучшение характеристик режущих инструментов / В.А. Бондаренко, С.И. Богодухов. –М.: Машиностроение, 2000. –141с.2Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов/ М.Г Лошак. Киев: Наук. думка, 1984.328с.3Панов В.С. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них / В.С. Панов, А.М. Чувилин.М.: МИСИС, 2001. 428 с.4Лошак М.Г. Упрочнение твердых сплавов / М.Г. Лошак. –К.: Наукова думка, 1997. –142 с.5Либенсон Г.А. Процессы порошковой металлургии. Т.1 : Производство металлических порошков /Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий. М. : Издво МИСИС, 2001 . 368 с.
6 Фальковский В.А. Твердые сплавы /В.А. Фальковский, Л.И. Клячко.М.: Изд. дом «Руда и металлы», 2005, 368 с.7Иванов, Ю.Ф. Структурнофазовое состояние и служебные характеристики твердосплавного инструмента, обработанного низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком субмиллисекундной длительности/ Ю.Ф. Иванов, Н.Н. Коваль, В.Е. Овчаренко.–Николаев, 2007. –С. 47–508 Панченко В.Я. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / В.Я.Панченко. –М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. –664 с.9Григорьянц А.Г. Технологические процессы лазерной обработки / А.Г. Григорьянц, А.И. Мисюров. –М.МГТУ им Н.Э. Баумана, 2006. –664 с. 10ГригорьянцА.Г. Технологические процессы лазерной обработки/А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров.–М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. –664 с.11 Латыпов, Р.Р. Технология лазерной обработки конструкционных инструментальных материалов в авиодвигателестроении / Р.Р. Латыпов, Н.Г. Трегулов, А.М. Смыслов, А.В. Лобанов.–М.: 2007. –250 с.12 Лазерная закалка деталей с покрытием, нанесенным химическим осаждением из паровой фазы. LaserstrahlhartenCVDbeschichteterTeile. Technica(Suisse). 2000. 49, № 20. с. 3841.13 Воронцов П.А. О целесообразности импульсно –лазерного упрочнения металлокерамических твердых сплавов : сборник научных трудов/П.А. Воронцов, В.М. Гончаров, М.Н. Шагров.–Ставрополь: Сев. Кав. ГТУ, 2005. С. 20 –24.14 Воронцов П.А. Об эффективности процесса упрочнения инструмента импульсно лазерной обработкой : материалы VII региональной научно–технической конференции «Вузовская наука –Северокавказскому региону»/П.А. Воронцов, М.Н. Шагров. –Ставрополь: Сев. Кав. ГТУ, 2003. С. 70 –73. 15Горелик С. С. Рентгенографический и электроннооптический анализ[Текст]: учеб. пособие для вузов / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев.4е изд., перераб. и доп. М. : МИСиС, 2002. 360 с.
