Postopki laserskega utrjevanja: razlaga fazne transformacije, taljenja in udarnega utrjevanja

Lasersko kaljenje je ena izmed novejših aplikacij laserske tehnologije v proizvodnji. Uporablja laserski žarek za lokalno in hitro segrevanje površine kovinskega obdelovanca, tako da se površinska trdota, odpornost proti obrabi in odpornost proti koroziji v različnih stopnjah izboljšajo, življenjska doba pa se podaljša. Teoretična osnova je interakcija med laserskim sevanjem in materiali -, specifični rezultat pa je odvisen od treh dejavnikov: moči laserja, gostote energije in časa izpostavljenosti.

Za popoln pregled metalurškega mehanizma in njegove industrijske natančnosti glejte naš vodnik narazloženo lasersko utrjevanje površin.

Glede na to, kako se laserska energija dovaja in absorbira, lasersko utrjevanje razdelimo na tri različne procese.

1. Utrjevanje s fazno transformacijo

Laser skenira površino obdelovanca in jo hitro segreje nad kritično temperaturo. Ko se žarek premakne naprej, hladna podlaga skoraj v trenutku odvaja toploto, pri čemer pogasi območje in sproži pretvorbo martenzita ali bainita. To je najpogosteje uporabljen postopek, ki zagotavlja natančno nadzorovano utrjeno plast brez spreminjanja kemije dela.

2. Utrjevanje s taljenjem in strjevanjem

Pri višjih energijskih gostotah se površinska plast tali in nato izjemno hitro ponovno-strdi. Nastala fina, homogena struktura nudi povečano trdoto in izboljšano odpornost proti koroziji v primerjavi s samo-pretvorbo trdnega stanja.

3. Utrjevanje

Intenziven, kratek laserski impulz ustvari udarni val, ki s plastično deformacijo-utrdi površino. Ta postopek uvaja preostalo tlačno napetost, kar je še posebej pomembno za izboljšanje odpornosti proti utrujenosti.

Ti trije postopki se med seboj ne izključujejo - razlikujejo se predvsem po moči laserja in energijski gostoti ter jih je mogoče nastaviti tako, da ustrezajo materialu in zahtevani globini utrjevanja.

Lasersko utrjevanje je še posebej učinkovito v sedmih scenarijih, kjer je običajna toplotna obdelava težava:

1. Veliki obdelovanci, ki jih je težko namestiti v peč za toplotno obdelavo.
2. Deli, ki zahtevajo obdelavo samo na lokaliziranih površinah, kot so utori, luknje in robovi.
3. Deli, ki jih je težko obdelati s konvencionalno toplotno obdelavo.
4. Natančni deli s strogimi omejitvami popačenja pri toplotni obdelavi.
5. Površinsko utrjevanje obdelovancev iz litega železa.
6. Deli, nagnjeni k pokanju pri običajni toplotni obdelavi.
7. Deli, ki ne dosegajo zahtevane trdote s konvencionalno toplotno obdelavo.

Kot hiter, brez{0}}kontaktni postopek lasersko kaljenje ne potrebuje zunanjega kaljenja, kar povzroči minimalno deformacijo obdelovanca in hiter cikel ohlajanja. V primerjavi s plamenskim utrjevanjem in naogljičenjem uporablja lasersko segrevanje z visoko-gostoto, ki zahteva manj korakov in deluje hitreje. Utrjena plast je enakomerna, trdota pa je tipično 15–20 % večja kot pri običajnem utrjevanju. Globina in pot ogrevanja sta enostavna za nadzor, enostavna za prilagajanje in zelo primerna za avtomatizacijo.

King's Laser RS{0}}LQM-R3000 3000W laserski stroj za utrjevanje

Lasersko površinsko utrjevanje se pogosto uporablja na področjih, kot so kalupi, mehanska proizvodnja, nafta, kemična industrija, lahka industrija, strojna orodja in avtomobilski deli zaradi odlične toplotne obdelave. Med njimi so kovinske zlitine najpogosteje uporabljeni materiali v industriji s kompleksnimi mikrostrukturami, ki jih je mogoče nadzorovati z lasersko toplotno obdelavo, da se spremenijo njihove mehanske, fizikalne in kemijske lastnosti ter doseže drugačna učinkovitost. Tipični obdelovanci vključujejo kalupe, zobnike, gredi, navoje, vodila, obloge cilindrov, pomembne vojaške izdelke itd.

Lasersko utrjevanje kalupa

Lasersko kaljenje obročastih zobnikov

Lasersko utrjevanje plašča cilindra

Lasersko utrjevanje doseže površinsko ojačitev s tremi mehanizmi - fazne transformacije, taljenja-strjevanja in udarca -, izbranih z nastavitvijo moči, gostote energije in časa izpostavljenosti. Za kvantificirano primerjavo teh procesov z metodami indukcije, plamena in naogljičenja preberite naš vodnik naprednosti laserskega utrjevanja površin. Za avtomatiziran-sistem, pripravljen za proizvodnjo, raziščite King's Laser RS{2}}LQM-R3000 3000W stroj za lasersko utrjevanje vlaken.