Princip, karakteristike i primjena tehnologije laserskog gašenja
Lasersko kaljenje je vrhunski proces koji koristi visokoenergetske laserske zrake za zagrijavanje površina materijala iznad njihovih točaka faznog prijelaza. Kako se materijal prirodno hladi, austenit se pretvara u martenzit, stvarajući očvrsli sloj s iznimnom tvrdoćom i otpornošću na habanje na površini proizvoda. Ova tehnika značajno mijenja mikrostrukturu i svojstva površina obratka bez ugrožavanja ukupnih performansi osnovnog materijala, postižući lokalizirano poboljšanje čvrstoće kontroliranom toplinskom obradom.
Karakteristike laserskog gašenja površine uključuju:
Visoka gustoća snage: lasersko kaljenje površine koristi fokusiranu lasersku zraku kao izvor topline za brzo zagrijavanje površine obratka i stvaranje austenita.
Brzo zagrijavanje i hlađenje: Postupak postiže brzo zagrijavanje unutar nekoliko sekundi (obično 0,01-0,001 sekundi), učinkovito minimizirajući deformaciju obratka. Ova čista i učinkovita metoda kaljenja eliminira potrebu za vodom ili uljem kao rashladnim sredstvima. U usporedbi s postupcima indukcijskog kaljenja, kaljenja plamenom i cementacije, lasersko kaljenje daje jednoliko očvrsli sloj s vrhunskom tvrdoćom (obično 1-3HRC višom od indukcijskog kaljenja).
Minimalna deformacija dijela: Brzi proces zagrijavanja i hlađenja minimizira deformaciju obratka, omogućujući preciznu kontrolu dubine i putanje zagrijavanja. To omogućuje automatizaciju bez potrebe za prilagođenim indukcijskim zavojnicama za različite veličine dijelova, kako je potrebno kod indukcijskog kaljenja. Također uklanja ograničenja veličine peći povezana s kemijskim toplinskim obradama poput cementiranja i kaljenja za velike komponente. Posljedično, lasersko kaljenje sve više zamjenjuje tradicionalne metode poput indukcijskog kaljenja i kemijske toplinske obrade u raznim industrijskim primjenama. Posebno je važno napomenuti da lasersko kaljenje uzrokuje zanemarivu deformaciju materijala prije i nakon obrade. Kod metalnih dijelova na visokim temperaturama gdje se temperature kaljenja blisko podudaraju s talištem, površinsko kaljenje temeljeno na indukciji često oštećuje kutove ili nepravilna područja, što dovodi do otpada. Lasersko površinsko kaljenje u potpunosti izbjegava ovo ograničenje.
Stoga je posebno prikladan za površinsku obradu dijelova s visokim zahtjevima za preciznošću. Obrađeni komad ne treba brusiti i može se koristiti kao završni postupak završne obrade.
Pogodno za složene oblike: Može se koristiti za komponente složenog oblika kao što su slijepe rupe, unutarnje rupe, mali žljebovi, dijelovi s tankim stijenkama itd. Velika svestranost: Zbog velike dubine fokusiranja lasera, ne postoje stroga ograničenja u pogledu veličine, dimenzija ili površine dijelova tijekom kaljenja. Nasuprot tome, postojeće kaljenje srednje visoke frekvencije zahtijeva indukcijske senzore izrađene po narudžbi za različite dijelove;
Dubina laserski kaljenih slojeva obično se kreće u rasponu od 0,3-2,0 mm, ovisno o čimbenicima kao što su sastav materijala, specifikacije, karakteristike površine i ključni parametri obrade. Prilikom kaljenja vratova osovina velikih prijenosnih zupčanika ili komponenti osovina motora, hrapavost površine ostaje u biti nepromijenjena. To eliminira potrebu za naknadnom obradom kako bi se zadovoljili specifični operativni zahtjevi.
Lasersko gašenje koristi dvije metode skeniranja: uskopojasno skeniranje s kružnim ili pravokutnim točkama i širokopojasno skeniranje pomoću linearnih točaka. Širina očvrsle zone kod uskopojasnog skeniranja usko se podudara s promjerom točke, obično unutar 5 mm. Za primjene kaljenja velikih površina potrebna su sekvencijalna skeniranja gdje preklapajuće zone stvaraju popuštene omekšavajuće trake. Širina ovih traka ovisi o karakteristikama točke, pri čemu ujednačene pravokutne točke općenito stvaraju manje trake. Kako bi se ublažili negativni učinci omekšavajućih traka, koristi se tehnologija širokopojasnog skeniranja. Ova metoda transformira fokusirane kružne točke u linearne, značajno proširujući širinu skeniranja.
Istraživanje, razvoj i primjena tehnologije laserskog kaljenja trenutno su u uzlaznoj fazi, iako i dalje postoje izazovi u obradi složenih radnih komada. Međutim, kao vrhunska inovacija u toplinskoj obradi, lasersko kaljenje omogućuje postizanje tehničkih ciljeva koje tradicionalne metode površinskog kaljenja teško postižu. Posebno je važno napomenuti da ovaj proces eliminira potrebu za rashladnim medijima tijekom proizvodnje, što je u skladu s predanošću globalne industrije standardima "niske oksidacije i ekološki prihvatljive proizvodnje". Posebno se učinkovito pokazuje za površinsku toplinsku obradu različitih mehaničkih komponenti, uključujući rubove alata za rezanje, brtvene površine ventila, male zupčanike, minijaturne kalupe, automobilske dijelove, zupčane prstenove, vodilice alatnih strojeva, osovine motora i osovine reduktora.