Laserové kalení je průmyslový proces povrchové úpravy, který využívá vysoce výkonný laserový paprsek k rychlému zahřátí a následnému kalení kovových součástí, aby se zvýšila tvrdost a odolnost proti opotřebení.Vnitřní laserové kalenípřenáší tento proces do vnitřku kovových součástí, aby selektivně vytvrzoval vnitřní otvory a dutiny. Zatímco obě metody spoléhají na laserovou energii k transformaci materiálových vlastností, jejich mechanismy a aplikace se liší.
V tomto článku nejprve prozkoumáme konvenční laserové kalení a poté prozkoumáme, čím je vnitřní laserové kalení jedinečné. Porovnáme způsoby ohřevu, hloubku kalení, dosažitelnou tvrdost, ovlivněné mikrostruktury, omezení a ideální aplikace každého procesu. Pochopení schopností těchto dvou laserových přístupů poskytuje přehled o tom, která technika funguje nejlépe pro konkrétní požadavky na tvrdost.
Přehled laserového kalení
Laserové kalení neboli laserové kalení povrchu je dobře zavedený tepelný proces používaný ke zvýšení tvrdosti a odolnosti povrchů kovových součástí. Vysoce výkonný laser přesně zahřeje horní vrstvu obrobku do lázně taveniny, která se poté rychle rozptýlí a zchladí.
Tento extrémní teplotní gradient vyvolává martenzitické mikrostrukturální transformace, které propůjčují 2 až 5krát větší tvrdost povrchu. Mezi klíčové mechanismy, které se účastní, patří:
- Rychlé roztavení a tuhnutí tenké povrchové vrstvy
- Potlačena tvorba měkčích fází jako ferit/perlit
- Tvorba martenzitické mikrostruktury během rychlého kalení
- Pevné zpevnění roztoku z rozpouštění karbidů
- Zjemnění zrn martenzitu
Laserové kalení poskytuje selektivní kalení pouze tam, kde je to potřeba, minimální zkreslení a konzistentní výsledky. Omezení zahrnují požadavky na přímou viditelnost a především účinky zpevnění povrchu.
Jak se liší vnitřní laserové kalení
Vnitřní laserové kalení bylo vyvinuto s cílem překonat omezení přímé viditelnosti konvenčního laserového kalení. Umožňuje selektivně kalit povrchy uvnitř otvorů, dutin a prohlubní pomocí vnitřního laserového paprsku.
Laserový paprsek je přenášen optickými kabely do vnitřního prostoru. Zaostřovací čočka pak směruje paprsek na vnitřní plochu, když se obrobek otáčí. To umožňuje kalení zakřivených vnitřních geometrií bez přímé vnější viditelnosti.
Mezi hlavní rozdíly ve srovnání s externím laserovým kalením patří:
- Kalení vnitřních povrchů až do vnitřního průměru 60 mm
- Nižší výkonová hustota požadovaná uvnitř omezeného prostoru
- Zvýšená hloubka kalení až na 6 mm od povrchu
- Schopnost zpevnit konkávní a boční povrchy
- Minimální vnější zahřívání nebo změna barvy
- Omezeno na válcové plochy a geometrie
- Spoléhá na méně zavedenou technologii vláknového laseru
Hlubší účinky vytvrzení jsou důsledkem prodloužené doby expozice laseru na každé části rotujícího vnitřního povrchu. To umožňuje teplu pronikat dále dovnitř.
Dosažitelná tvrdost a ovlivněná kovová oblast
Při standardním laserovém kalení vysoká hustota výkonu rychle zahřeje tenkou vrstvu o hloubce méně než 1 mm, než se rozptýlí do chladnějšího kovu. To má za následek vytvrzení především v rámci 0.1-0,5 mm od horního povrchu. Tvrdost se pohybuje od 50 do 70 HRC v závislosti na kovové slitině.
Vnitřní laserové kalení může produkovat tvrdost až 60 HRC několik milimetrů pod povrchem. Zvýšená hloubka kalení je užitečná pro aplikace, kde je potřeba větší odolnost proti opotřebení pod povrchem. Oblast ovlivněná tvrdostí je však stále lokalizována jako u laserového kalení.
Mikrostrukturální změny
V obou procesech rychlý povrchový ohřev a ochlazení indukuje tvorbu martenzitické mikrostruktury. Nahrazuje měkčí perlit a ferit pro zvýšení tvrdosti a pevnosti. Dochází k mechanismům zjemňování zrna, transformace karbidů a zpevňování tuhého roztoku.
Rozdíl spočívá v hloubce, kterou tyto mikrostrukturální změny zasahují pod povrch, přičemž při vnitřním laserovém kalení jsou mnohem hlubší. Dosažený stupeň tvrdosti je však nakonec srovnatelný.
Ideální aplikace a omezení
Externí laserové kalení funguje dobře pro rovné nebo tvarované vnější povrchy součástí. Vnitřní laserové kalení specificky umožňuje selektivní kalení vnitřních válcových otvorů a dutin bez demontáže.
Příklady aplikací zahrnují:
Laserové kalení – ozubená kola, hřídele, ventily, lopatky turbín, lisovací nástroje
Vnitřní laserové kalení – válce motoru, hlavně pistole, hydraulické válce, válce extruderů, ložiskové kroužky
Omezení zahrnují požadavky na přímý přímý přístup při kalení laserem a specifickou válcovou geometrii pro vnitřní kalení. Pro složité tvary mohou lépe fungovat alternativní metody.
Stručně řečeno, vnitřní laserové kalení poskytuje specializovanou schopnost kalit vnitřní povrchy mimo dosah externího laserového kalení. Pochopení komparativních výhod a omezení pomáhá určit, který přístup laserového kalení je optimální na základě požadovaného místa kalení, hloubky a geometrie součásti. Se dvěma možnostmi založenými na laseru, které jsou nyní k dispozici, mohou inženýři specifikovat nejlepší techniku pro potřeby tvrdosti každé aplikace.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik specializující se na výzkum a vývoj, výrobu a prodej automatického laserového plátovacího stroje, vysokorychlostního laserového plátovacího stroje, laserového kalícího stroje, laserového svářecího stroje a laserového 3D tiskového zařízení. Naše produkty jsou nákladově efektivní a prodávají se doma i v zahraničí. Máte-li zájem o naše produkty, kontaktujte nás nabob@gshenglaser.com.