Lasersko kaljenje je industrijski postopek površinske obdelave, ki uporablja laserski žarek visoke moči za hitro segrevanje in nato kaljenje kovinskih delov za povečanje trdote in odpornosti proti obrabi.Notranje lasersko utrjevanjeta postopek prenese v notranjost kovinskih komponent za selektivno utrjevanje notranjih izvrtin in votlin. Medtem ko se obe metodi zanašata na lasersko energijo za preoblikovanje lastnosti materiala, se njuni mehanizmi in aplikacije razlikujejo.
V tem članku bomo najprej preučili običajno lasersko utrjevanje in nato raziskali, zakaj je notranje lasersko utrjevanje edinstveno. Primerjali bomo metode ogrevanja, globino kaljenja, dosegljivo trdoto, prizadete mikrostrukture, omejitve in idealne aplikacije vsakega postopka. Razumevanje zmogljivosti teh dveh pristopov, ki temeljijo na laserju, omogoča vpogled v to, katera tehnika najbolje deluje za posebne zahteve glede trdote.
Pregled laserskega utrjevanja
Lasersko utrjevanje ali lasersko površinsko utrjevanje je dobro uveljavljen termični postopek, ki se uporablja za povečanje trdote in vzdržljivosti površin kovinskih komponent. Visokozmogljivi laser natančno segreje zgornjo plast obdelovanca v talino, ki se nato hitro razprši in pogasi.
Ta ekstremni toplotni gradient povzroči martenzitne mikrostrukturne transformacije, ki dajejo 2- do 5-krat večjo trdoto površine. Ključni vključeni mehanizmi vključujejo:
- Hitro taljenje in strjevanje tanke površinske plasti
- Preprečeno nastajanje mehkejših faz, kot je ferit/perlit
- Nastanek martenzitne mikrostrukture med hitrim kaljenjem
- Ojačitev s trdno raztopino zaradi raztapljanja karbida
- Rafiniranje zrn martenzita
Lasersko utrjevanje zagotavlja selektivno utrjevanje le tam, kjer je potrebno, minimalno popačenje in dosledne rezultate. Omejitve vključujejo zahteve glede vidnega polja in predvsem učinke utrjevanja površine.
Kako se razlikuje notranje lasersko utrjevanje
Notranje lasersko utrjevanje je bilo razvito za premagovanje omejitev vidnega polja običajnega laserskega utrjevanja. Omogoča selektivno utrjevanje površin v izvrtinah, votlinah in vdolbinah z uporabo notranjega dovajanja laserskega žarka.
Laserski žarek se po optičnih kablih prenaša v notranji prostor. Fokusna leča nato med vrtenjem obdelovanca usmeri žarek na notranjo površino. To omogoča utrjevanje ukrivljenih notranjih geometrij brez neposrednega zunanjega vidnega polja.
Ključne razlike v primerjavi z zunanjim laserskim utrjevanjem vključujejo:
- Kaljenje notranjih površin do notranjega premera 60 mm
- V zaprtem prostoru je potrebna manjša gostota moči
- Povečana globina utrjevanja do 6 mm od površine
- Sposobnost utrjevanja konkavnih in stranskih površin
- Minimalno zunanje segrevanje ali razbarvanje
- Omejeno na cilindrične površine in geometrije
- Zanaša se na manj uveljavljeno tehnologijo laserskih vlaken
Učinki globljega utrjevanja so posledica podaljšanega časa laserske izpostavljenosti na vsakem delu rotirajoče notranje površine. To omogoča, da toplota prodre dlje navznoter.
Dosegljiva trdota in prizadeta kovinska površina
Pri standardnem laserskem utrjevanju visoka gostota moči hitro segreje tanko plast manj kot 1 mm globoko, preden se razprši v hladnejšo osnovno kovino. Posledica tega je utrjevanje predvsem znotraj 0.1-0,5 mm zgornje površine. Trdota se giblje od 50 do 70 HRC, odvisno od kovinske zlitine.
Notranje lasersko utrjevanje lahko povzroči trdoto do 60 HRC nekaj milimetrov pod površino. Povečana globina utrjevanja je uporabna za aplikacije, kjer je potrebna večja odpornost proti obrabi pod površino. Trdotno območje pa je še vedno lokalizirano kot pri laserskem utrjevanju.
Mikrostrukturne spremembe
Pri obeh procesih hitro površinsko segrevanje in ohlajanje povzroči nastanek martenzitne mikrostrukture. To nadomešča mehkejši perlit in ferit za povečanje trdote in trdnosti. Pojavijo se mehanizmi prečiščevanja zrn, transformacije karbida in utrjevanja trdne raztopine.
Razlika je v globini, do katere te mikrostrukturne spremembe segajo pod površino, pri notranjem laserskem utrjevanju pa so veliko globlje. Vendar pa je dosežena stopnja trdote na koncu primerljiva.
Idealne aplikacije in omejitve
Zunanje lasersko utrjevanje dobro deluje na ravnih ali oblikovanih zunanjih površinah komponent. Notranje lasersko kaljenje posebej omogoča selektivno kaljenje notranjih cilindričnih izvrtin in votlin brez razstavljanja.
Primeri aplikacij vključujejo:
Lasersko kaljenje – Zobniki, gredi, ventili, turbinske lopatice, matrice za stiskanje
Notranje lasersko utrjevanje – cilindri motorja, cevi pištol, hidravlični cilindri, sodi ekstruderja, obroči ležajev
Omejitve vključujejo zahteve za neposredni vidni dostop pri laserskem utrjevanju in specifično cilindrično geometrijo za notranje utrjevanje. Za zapletene oblike bodo morda bolje delovale druge metode.
Če povzamemo, notranje lasersko utrjevanje zagotavlja specializirano zmožnost utrjevanja notranjih površin izven dosega zunanjega laserskega utrjevanja. Razumevanje primerjalnih prednosti in omejitev pomaga ugotoviti, kateri pristop laserskega utrjevanja je optimalen glede na želeno lokacijo utrjevanja, globino in geometrijo komponent. Z dvema laserskima možnostma, ki sta zdaj na voljo, lahko inženirji določijo najboljšo tehniko za potrebe trdote vsake aplikacije.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je visokotehnološko podjetje, specializirano za raziskave in razvoj, proizvodnjo in prodajo avtomatskega laserskega stroja za oblaganje, visokohitrostnega laserskega stroja za oblaganje, laserskega kalilnega stroja, laserskega varilnega stroja in opreme za lasersko 3D tiskanje. Naši izdelki so stroškovno učinkoviti in se prodajajo doma in v tujini. Če vas naši izdelki zanimajo, nas kontaktirajte nabob@gshenglaser.com.