Lasersko kaljenje je industrijski proces površinske obrade koji koristi laserski snop velike snage za brzo zagrijavanje, a zatim gašenje metalnih dijelova kako bi se povećala tvrdoća i otpornost na habanje.Unutrašnje lasersko očvršćavanjeuzima ovaj proces u unutrašnjost metalnih komponenti kako bi selektivno očvrsnuo unutrašnje rupe i šupljine. Iako se obje metode oslanjaju na lasersku energiju za transformaciju svojstava materijala, njihovi mehanizmi i primjena se razlikuju.
U ovom članku ćemo prvo ispitati konvencionalno lasersko očvršćavanje, a zatim istražiti šta unutrašnje lasersko očvršćavanje čini jedinstvenim. Uporedićemo metode grejanja, dubinu stvrdnjavanja, dostižnu tvrdoću, zahvaćene mikrostrukture, ograničenja i idealne primene svakog procesa. Razumijevanje mogućnosti ova dva pristupa zasnovana na laseru pruža uvid u to koja tehnika najbolje funkcionira za specifične zahtjeve tvrdoće.
Pregled laserskog očvršćavanja
Lasersko očvršćavanje ili lasersko površinsko očvršćavanje je dobro uspostavljen termički proces koji se koristi za povećanje tvrdoće i izdržljivosti površina metalnih komponenti. Laser velike snage precizno zagreva gornji sloj radnog komada u bazenu taline koji se zatim brzo raspršuje i gasi.
Ovaj ekstremni termički gradijent inducira martenzitne mikrostrukturne transformacije koje daju 2 do 5 puta veću površinsku tvrdoću. Ključni mehanizmi koji su uključeni uključuju:
- Brzo topljenje i stvrdnjavanje tankog površinskog sloja
- Potisnuto stvaranje mekših faza poput ferita/perlita
- Formiranje martenzitne mikrostrukture tokom brzog gašenja
- Učvršćivanje čvrstog rastvora od otapanja karbida
- Rafiniranje zrna martenzita
Lasersko očvršćavanje pruža selektivno očvršćavanje samo tamo gdje je potrebno, minimalno izobličenje i konzistentne rezultate. Ograničenja uključuju zahtjeve u pogledu linije vidljivosti i prvenstveno efekte površinskog očvršćavanja.
Kako se razlikuje unutrašnje lasersko očvršćavanje
Unutrašnje lasersko očvršćavanje je razvijeno kako bi se prevazišla ograničenja vidne linije konvencionalnog laserskog očvršćavanja. Omogućuje selektivno očvršćivanje površina unutar provrta, šupljina i udubljenja upotrebom unutrašnjeg laserskog snopa.
Laserski snop se prenosi preko optičkih kablova u unutrašnji prostor. Fokusirajuće sočivo zatim usmjerava zrak na unutrašnju površinu dok se radni komad rotira. Ovo omogućava da se zakrivljene unutrašnje geometrije očvrsnu bez direktnog vanjskog vidnog polja.
Ključne razlike u odnosu na vanjsko lasersko očvršćavanje uključuju:
- Kaljenje unutrašnjih površina do 60mm unutrašnjeg prečnika
- Potrebna manja gustina snage unutar skučenog prostora
- Povećana dubina očvršćavanja do 6 mm od površine
- Sposobnost stvrdnjavanja konkavnih i bočnih površina
- Minimalno vanjsko grijanje ili promjena boje
- Ograničeno na cilindrične površine i geometrije
- Oslanja se na manje uspostavljenu tehnologiju laserskog vlakna
Dublji efekti očvršćavanja rezultat su povećanog vremena izlaganja laseru na svakom dijelu rotirajuće unutrašnje površine. To omogućava toplini da prodre dalje prema unutra.
Dostižna tvrdoća i zahvaćena površina metala
Kod standardnog laserskog očvršćavanja, velika gustina snage brzo zagrijava tanak sloj manje od 1 mm dubine prije nego što se rasprši u hladniji metal ispod. Ovo rezultira stvrdnjavanjem prvenstveno unutar 0.1-0.5 mm gornje površine. Tvrdoća se kreće od 50 do 70 HRC u zavisnosti od metalne legure.
Unutrašnje lasersko očvršćavanje može proizvesti tvrdoću do 60 HRC nekoliko milimetara ispod površine. Povećana dubina stvrdnjavanja korisna je za primjene gdje je potrebna veća otpornost na habanje ispod površine. Međutim, zona zahvaćena tvrdoćom je i dalje lokalizirana kao kod laserskog očvršćavanja.
Mikrostrukturne promjene
U oba procesa brzo površinsko zagrijavanje i hlađenje izaziva stvaranje martenzitne mikrostrukture. Ovo zamjenjuje mekši perlit i ferit radi povećanja tvrdoće i čvrstoće. Pojavljuju se mehanizmi rafiniranja zrna, transformacije karbida i jačanja čvrstog rastvora.
Razlika je u dubini na kojoj se ove mikrostrukturne promjene protežu ispod površine, koje su mnogo dublje kod unutrašnjeg laserskog očvršćavanja. Međutim, postignuti stepen tvrdoće je na kraju uporediv.
Idealne primjene i ograničenja
Eksterno lasersko očvršćavanje dobro radi za ravne ili oblikovane vanjske površine komponenti. Unutrašnje lasersko očvršćavanje posebno omogućava unutrašnji cilindrični provrt i šupljine da se selektivno očvrsnu bez rastavljanja.
Primjeri aplikacija uključuju:
Lasersko očvršćavanje – zupčanici, osovine, ventili, lopatice turbine, matrice za presovanje
Unutrašnje lasersko očvršćavanje – Cilindri motora, cijevi topova, hidraulični cilindri, cijevi ekstrudera, nosači ležajeva
Ograničenja uključuju zahtjeve za direktnu vidljivost u laserskom očvršćavanju i specifičnu cilindričnu geometriju za unutrašnje očvršćavanje. Alternativne metode mogu bolje funkcionirati za složene oblike.
Ukratko, unutrašnje lasersko očvršćavanje pruža specijaliziranu sposobnost očvršćavanja unutrašnjih površina izvan dosega vanjskog laserskog očvršćavanja. Razumijevanje komparativnih prednosti i ograničenja pomaže u identifikaciji koji je pristup laserskom očvršćavanju optimalan na osnovu željene lokacije stvrdnjavanja, dubine i geometrije komponente. Sa dvije opcije zasnovane na laseru koje su sada dostupne, inženjeri mogu odrediti najbolju tehniku za potrebe tvrdoće svake aplikacije.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je visokotehnološko poduzeće specijalizirano za istraživanje i razvoj, proizvodnju i prodaju automatskih mašina za lasersko oblaganje, brzih laserskih mašina za oblaganje, mašina za lasersko gašenje, mašina za lasersko zavarivanje i opreme za lasersko 3D štampanje. Naši proizvodi su isplativi i prodaju se u zemlji i inostranstvu. Ukoliko ste zainteresovani za naše proizvode, kontaktirajte nas nabob@gshenglaser.com.