1. Technické principy a hlavní výhody

Technologie laserového kalení využívá jako zdroj tepla laserový paprsek s vysokou hustotou energie. Laserový paprsek, generovaný laserovým systémem, je přenášen a zaostřován přesným optickým systémem, aby vytvořil bod s vysokou hustotou energie, což umožňuje přesné tepelné zpracování povrchu kovového substrátu. Tento proces výrazně překonává tradiční metody, jako je kalení plamenem a středofrekvenční a vysokofrekvenční indukční kalení, a to především díky přesnému řízení energie laserového paprsku. Tvarovaný laserový paprsek má jedinečné vlastnosti, jako je vysoká hustota energie a vynikající směrovost.

2. Základní funkce procesu

1. Velmi vysoká tvrdost povrchu

Tvrdost povrchu po laserovém kalení je výrazně vyšší než u běžných kalicích procesů, přičemž nárůst tvrdosti se pohybuje od 5% až 20%. Toto výrazné zvýšení tvrdosti je způsobeno především jemnozrnnou martenzitickou strukturou, která vzniká při rychlém zahřívání a ochlazování laserem.

2. Přesná kontrola zpevněné vrstvy

• Efektivní tloušťka tvrzené vrstvy: ovladatelné v rozmezí 0,2-1,0 mm
• Šířka jednoho zpevněného pásu: od 1,5 až 60 mm
• Podporovány jsou víceprůchodové překrývající se procedury, které umožňují rovnoměrné vytvrzení na velkých plochách.

3. Minimální tepelně ovlivněná zóna a deformace

Tepelně ovlivněná zóna (HAZ) na rozhraní mezi tvrzenou vrstvou a základním materiálem je velmi malá, obvykle v rozmezí od 0,3 až 1,5 mm. Tato charakteristika lokalizovaného přívodu tepla účinně kontroluje celkovou deformaci obrobku, takže je tento proces zvláště vhodný pro zpevňování povrchu přesných součástí.

4. Flexibilní implementace procesů

Pracovní vzdálenost mezi obráběcí hlavou a povrchem obrobku se udržuje v rozmezí 100-300 mm, což poskytuje dostatečný prostor pro realizaci procesů. Tato technologie podporuje lokalizované přesné kalení a je vhodný také pro tepelné zpracování na míru pro složité geometrie, což ukazuje výjimečnou flexibilitu a kontrolu procesu.

3. Mechanismus zpevňování materiálu

Laserové kalení je jednou z klíčových technologií pro zpevňování povrchu materiálů. Během procesu laserového kalení dochází vlivem rychlého zahřívání a ochlazování laseru na povrchu materiálu k tvorbě tzv. jemný martenzit s vysokým obsahem uhlíku, austenit s vysokou hustotou dislokací, sorbita tvrdé karbidy. Tyto mikrostruktury výrazně zvyšují odolnost materiálu proti opotřebení a korozi a zlepšují povrchové vlastnosti obrobku.

4. Výzkum procesních parametrů

Dosavadní výzkumy odhalily, jak změny výkonu laseru a rychlosti skenování při laserovém kalení fázovou transformací ovlivňují. hloubka a tvrdost zpevněné vrstvy. Výzkum faktorů ovlivňujících procesy kalení taveniny je však poměrně omezený. Přestože po kalení taveninou dochází k určité deformaci, umožňuje tento proces vytvořit hlubší kalené vrstvy, což je pro aplikace velmi cenné.

Experimentální design a metody

Experimenty s laserovým zhášením taveniny byly prováděny s použitím 42CrMo ocel, se zaměřením na analýzu vlivu výkonu laseru a rychlosti skenování na výslednou strukturu a výkon. A Vláknový laser YLS-3000 pro povrchové kalení taveniny, přičemž pro další analýzu byly odebrány vzorky ze středu ošetřených oblastí.

Materiály a testování

• Materiál: 42CrMo legovaná konstrukční ocel
• Rozměry: 20 mm x 20 mm x 11 mm
• Základní tvrdost: 310 HV
• Drsnost povrchu: 3.0
• Chemické složení:
  • 0.54% C
  • 1.32% Cr
  • 0,39% Mo
  • 0,45% Si
  • 0.78% Mn
  • Vyváženost: Fe

Metody testování

• Mikrostruktura vytvrzené vrstvy pozorovaná pomocí Stereomikroskop ZEISS Imager.A2m a skenovací elektronový mikroskop Hitachi S-3400
• Zkouška tvrdosti pomocí domácí Vickersův tvrdoměr s malým zatížením
• Hloubka zpevněné vrstvy se určuje pomocí Tvrdost podle Vickerse v kombinaci s metalografickými snímky

5. Výsledky experimentů a analýza

Z experimentálních výsledků vyplývá, že hloubka zpevněné vrstvy se zvyšuje s vyšší výkon laseru a nižší rychlost skenování, zatímco hloubka klesá s nižší výkon laseru a vyšší rychlost skenování. Z těchto faktorů má na hloubku vytvrzené vrstvy významnější vliv výkon laseru. Toto zjištění poskytuje důležitý základ pro optimalizaci procesních parametrů.

6. Závěr a inovace společnosti Greenstone-Tech

Systematickým výzkumem procesů a optimalizací parametrů společnost Greenstone-Tech neustále zvyšuje výkonnost technologie laserového kalení. Našim zákazníkům poskytujeme přesná a účinná řešení pro zpevňování povrchů, která splňují rozmanité požadavky na zlepšení výkonnosti součástí v různých průmyslových odvětvích.