Принцип, характеристики та застосування технології лазерного гартування

Лазерне гартування – це передовий процес, який використовує високоенергетичні лазерні промені для нагрівання поверхонь матеріалів вище точок їх фазового переходу. Коли матеріал природним чином охолоджується, аустеніт перетворюється на мартенсит, створюючи на поверхні виробу загартований шар з винятковою твердістю та зносостійкістю. Ця техніка суттєво змінює мікроструктуру та властивості поверхонь заготовок без шкоди для загальних характеристик основного матеріалу, досягаючи локального підвищення міцності завдяки контрольованій термічній обробці.

Характеристики лазерного гартування поверхні включають:

Висока щільність потужності: лазерне гартування поверхні використовує сфокусований лазерний промінь як джерело тепла для швидкого нагрівання поверхні заготовки та утворення аустеніту.

Швидке нагрівання та охолодження: процес забезпечує швидке нагрівання протягом кількох секунд (зазвичай 0,01-0,001 секунди), ефективно мінімізуючи деформацію заготовки. Цей чистий та ефективний метод гартування усуває необхідність використання води або олії як охолоджувальних агентів. Порівняно з процесами індукційного гартування, гартування полум'ям та цементації, лазерне гартування забезпечує рівномірно загартований шар з підвищеною твердістю (зазвичай на 1-3 HRC вища, ніж індукційне гартування).

Мінімальна деформація деталі: Швидкий процес нагрівання та охолодження мінімізує деформацію заготовки, що дозволяє точно контролювати глибину та траєкторію нагрівання. Це дозволяє автоматизувати процес без необхідності використання спеціальних індукційних котушок для деталей різних розмірів, як це необхідно при індукційному гартуванні. Це також усуває обмеження розміру печі, пов'язані з хімічною термічною обробкою, такою як цементація та гартування для великих компонентів. Отже, лазерне гартування все частіше замінює традиційні методи, такі як індукційне гартування та хімічна термічна обробка, у різних промислових застосуваннях. Примітно, що лазерне гартування викликає незначну деформацію матеріалу до та після обробки. Для високотемпературних металевих деталей, де температури гартування близько відповідають температурам плавлення, індукційне поверхневе гартування часто пошкоджує кути або нерівні ділянки, що призводить до браку. Лазерне поверхневе гартування повністю усуває це обмеження.

Тому він особливо підходить для обробки поверхні деталей з високими вимогами до точності. Оброблену заготовку не потрібно шліфувати, і її можна використовувати як завершальний процес фінішної обробки.

Підходить для складних форм: може використовуватися для компонентів складної форми, таких як глухі отвори, внутрішні отвори, невеликі канавки, тонкостінні деталі тощо. Висока універсальність: завдяки великій глибині фокусування лазера, немає суворих обмежень щодо розміру, габаритів або поверхні деталей під час гартування. На відміну від цього, існуюче гартування середньої та високої частоти вимагає спеціально виготовлених індукційних датчиків для різних деталей;

Глибина лазерно зміцнених шарів зазвичай коливається в діапазоні 0,3-2,0 мм залежно від таких факторів, як склад матеріалу, технічні характеристики, характеристики поверхні та ключові параметри обробки. Під час гартування шийок валів великих трансмісійних передач або компонентів валів двигунів шорсткість поверхні залишається практично незмінною. Це усуває необхідність подальшої обробки для задоволення конкретних експлуатаційних вимог.

Лазерне гасіння використовує два методи сканування: вузькосмугове сканування з круглими або прямокутними плямами та широкосмугове сканування з використанням лінійних плям. Ширина зміцненої зони при вузькосмуговому скануванні точно відповідає діаметру плями, зазвичай в межах 5 мм. Для застосувань зміцнення великої площі потрібне послідовне сканування, де перекриваючі зони створюють смуги пом'якшення, що відпускаються. Ширина цих смуг залежить від характеристик плями, причому однорідні прямокутні плями зазвичай створюють менші смуги. Щоб пом'якшити негативний вплив смуг пом'якшення, використовується технологія широкосмугового сканування. Цей метод перетворює сфокусовані круглі плями на лінійні, значно розширюючи ширину сканування.

Дослідження, розробка та застосування технології лазерного гартування наразі перебувають на зростаючій стадії, хоча проблеми з обробкою заготовок складної форми все ще існують. Однак, як передова інновація в термічній обробці, лазерне гартування дозволяє досягти технічних цілей, які традиційні методи поверхневого гартування важко досягти. Примітно, що цей процес усуває потребу в охолоджувальних середовищах під час виробництва, що відповідає зобов'язанню світової галузі щодо стандартів «низького окислення та екологічності виробництва». Він виявляється особливо ефективним для поверхневої термічної обробки різних механічних компонентів, включаючи кромки ріжучих інструментів, поверхні ущільнень клапанів, малі шестерні, мініатюрні форми, автомобільні деталі, зубчасті кільця, напрямні верстатів, вали двигунів та вали редукторів.