Режимы лазерного упрочнения дереворежущего инструмента из легированных сталей

Одним из наиболее перспективных направлений повышения износостойкости и прочности дереворежущего инструмента является закалка рабочих поверхностей лучом лазера. В статье приведены результаты экспериментальных исследований процесса лазерного упрочнения легированных инструментальных сталей, широко используемых для изготовления фрезерного дереворежущего инструмента. Известно, что предварительная объемная термообработка образцов из инструментальной стали оказывает существенное влияние на показатели качества поверхностного слоя (остаточные напряжения, глубина упрочнения, микротвердость поверхности) при последующем лазерном упрочнении. Эксперименты проведены на установке импульсного лазерного термоупрочнения «Квант-18» с длиной импульса 8 мс на образцах сталей 9ХС и ХВГ. Остаточные напряжения упрочненной зоны и остаточный аустенит определяли с помощью установки Rigaku FSM-2M, микротвердость измеряли на микрошлифах твердомером ПМТ-3. Первая серия экспериментов по лазерному упрочнению проведена на незакаленных образцах. Установлено, что после лазерного воздействия на структурно неоднородный образец возникают неблагоприятные растягивающие поверхностные напряжения, микротвердость при этом изменяется незначительно. Во второй серии экспериментов образцы подвергали объемной термообработке. Сделан вывод о том, что для качественного лазерного упрочнения после объемной термообработки необходимо проводить низкий отпуск. С ростом температуры отпуска происходит снижение остаточного аустенита в поверхностном слое упрочняемой детали, что уменьшает величину упрочненного слоя и микротвердость поверхности. Рост температуры предварительной закалки положительно сказывается на показателях качества упрочненного слоя, но при этом существенно снижается обрабатываемость резанием инструментальных сталей, что может негативно отразить на операциях механической обработки рабочих и базирующих поверхностей инструмента (включая шлифование), предшествующих операции лазерного упрочнения.

One of the most promising directions of increasing the wear resistance and durability of wood-cutting tools is a hardening of working surfaces by a laser beam. The article presents the results of experimental studies of the process of laser hardening of alloyed tool steels, widely used for the manufacture of milling wood-cutting tools. The preliminary volume heat treatment of tool steel samples has a significant influence on the quality parameters of the surface layer (residual stresses, hardening depth, surface micro-hardness) in the subsequent laser hardening. The experiments are carried out at the pulsed laser strengthening installation «Kvant-18» with a pulse length of 8 ms on the samples of 9XS and CWM steels. Residual stresses of the hardened zone and residual austenite are determined by Rigaku FSM-2M, the microhardness is measured on the micro-sections by a hardness tester PMT-3. The first series of experiments in laser hardening are carried out on unquenched samples. The laser effect on the structurally nonhomogeneous sample leads to adverse tensile surface stresses, microhardness changes slightly. In the second series of experiments the samples are subjected to volume heat treatment. For the quality of laser hardening after a volume heat treatment it is necessary to carry out low tempering. With increasing the tempering temperature the residual austenite decreases in the surface layer of a hardenable part, which reduces the size of the hardened layer and the microhardness of the surface. The pre-quenching temperature rise has a positive effect on the quality parameters of the hardenable layer, but machinability of tool steels significantly decreases that can adversely affect the machining operations of working and basing tools faces (including grinding) prior to the operation of laser hardening.