Анализ технологической прочности при лазерной обработке

Под технологической прочностью следует понимать свойство материалов сопротивляться разрушениям в процессе технологической обработки. Применительно к лазерной обработке необходимо различать следующие виды технологической прочности [1-3]:

• 1.    Свойство металла воспринимать термодеформационное воздействие при высокой температуре в процессе лазерной обработки с расплавлением без образования горячих трещин.

• 2.    Свойство металла, обработанного лазерным излучением, воспринимать термодеформационное воздействие на стадии охлаждения без образования холодных трещин при фазовых и структурных превращениях в твердом состоянии.

Для оценки технологической прочности при лазерной обработке образцов наплавленной быстрорежущей стали использовали визуальный осмотр, а также методы металлографического анализа [3-6].

На заготовки из среднеуглеродистой низколегированной стали 25ХГМ дугой прямого действия на постоянном токе обратной полярности в защитной среде аргона была проведена наплавка порошковой проволокой, по химическому составу близкой к быстрорежущей стали Р2М5. Использовали порошковую проволоку HYUNDAI Welding

Supercored 71. Химический состав наплавленной быстрорежущей стали Р2М5 представлен в табл.1.

Таблица № 1

Химический состав наплавленной быстрорежущей стали Р2М5

Режимы наплавки обеспечивали формирование в наплавленном металле структуры закалки с твердостью HV=7500-7700 МПа. После наплавки первую партию заготовок подвергали трехкратному отпуску при температуре 560°С, вторую – однократному при температуре 200°С для анализа технологической прочности при лазерной обработке. После наплавки и отпуска, полученные заготовки разрезали на лазерном комплексе Bysprint 2 фирмы Bystronic на режимах, обеспечивающих минимальные параметры шероховатости поверхности реза.

Известно, что теплостойкие стали высокой твердости при сварке, наплавке и термической резке имеют склонность к образованию горячих и холодных трещин [1,6,7]. В связи с этим возникает задача оценки технологической прочности наплавленной быстрорежущей стадии при лазерной обработки.

В первой партии заготовок после лазерной обработки обнаружены трещины, видимые невооруженным глазом. Известно, что при трехкратном отпуске при температуре 560°С быстрорежущих сталей остаточный аустенит превращается в мартенсит и выделяются высокодисперсные карбиды [3]. Твердость повышается до 67-70 HRC. Сталь с такой структурой имеет недостаточную технологическую прочность и при лазерной обработке разрушается.

Во второй партии заготовок при внешнем осмотре трещин не обнаружено. Образцы этой партии подвергались более тщательному анализу.

Светлая полоса в левой верхней части соответствует зоне лазерного воздействия (ЗЛВ) в наплавленной быстрорежущей стали. Ее толщина около 0,4 мм. Контроль образцов на наличие трещин в зоне лазерного воздействия осуществлялся методом серийных сечений [4,7]. Слои толщиной – 5-10 мкм последовательно сошлифовывались с помощью субмикронных алмазных абразивных порошков.

При толщине снятых слоев 20 мкм (высота рельефа) вся поверхность шлифа становится светлой.

Последовательную сошлифовку выполняли во всех трех зонах лазерного воздействия до глубины 400 мкм от поверхности. Горячие и холодные трещины не были обнаружены ни на одном из сечений. Отпуск при 200°С после наплавки быстрорежущей стали снимает напряжения и оставляет наплавленному металлу высокую технологическую прочность при лазерной обработке рабочих отверстий. Благодаря повышенному содержанию в микроструктуре наплавленного металла остаточного аустенита возможно получение заготовок без горячих и холодных трещин.