Разработка технологии лазерной цементации инструментальных сталей для деревообрабатывающей промышленности

Цель: повышение эксплуатационных характеристик лезвийного деревообрабатывающего инструмента, выполненного из инструментальных низколегированных сталей, посредством лазерной цементации. Исследовано влияние плотности мощности лазерного излучения и скорости перемещения лазерного пятна на структуру и свойства инструментальных сталей У8А, 9ХС, 6ХС, ХВГ, 9ХФ, 8Х6НФТ, Х6ВФ при лазерной цементации. Показано, что при повышении скорости обработки уменьшается упрочненная область. При этом максимальные значения микротвердости не снижаются, сокращается только глубина упрочненной зоны. Для каждой стали определена плотность мощности, вызывающая оплавление поверхности с формированием дендритной структуры. Установлено, что при лазерной цементации в поверхностном слое формируется структурная композиция из мартенсита, аустенита остаточного и карбидов. Процентное содержание остаточного аустенита может достигать ≈ 60%. Остаточный аустенит метастабилен, и, несмотря на то, что он является более «мягкой» фазой, такая структурная композиция способствует повышению стойкости инструмента. Исследование структуры и свойств поверхности осуществлялось с использованием оптической и электронной металлографии, измерений микротвердости, рентгеноструктурного и энергодисперсионного анализа. Спланирован и проведен полный факторный эксперимент. На основании статистической обработки экспериментальных данных предложены и апробированы режимы лазерной цементации исследуемых сталей, исключающие возникновение дефектов в поверхностном слое, обеспечивающие максимальную глубину упрочнения и производительность технологического процесса. Дано математическое описание процесса насыщения поверхности стали при лазерной цементации, позволяющее осуществить предварительный выбор режимов лазерной цементации на основании требуемого содержания в поверхностном слое углерода и глубины упрочненной зоны. Разработана технология лазерной цементации реального деревообрабатывающего инструмента с протяженной режущей кромкой, изготовленного из исследуемых инструментальных сталей. Натурные испытания подтвердили повышение стойкости.