1. Technické principy a klíčové výhody

Technologie laserového kalení využívá jako zdroj tepla laserový paprsek s vysokou hustotou energie. Laserový paprsek generovaný laserovým systémem je propouštěn a zaostřován přesným optickým systémem, čímž vytváří bod s vysokou hustotou energie, což umožňuje přesné tepelné zpracování povrchu kovového substrátu. Tento proces výrazně překonává tradiční metody, jako je kalení plamenem a středně- 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 vlastnosti procesu

1. Ultra vysoká povrchová tvrdost

Tvrdost povrchu po laserovém kalení je výrazně vyšší než u konvenčních procesů kalení, přičemž zvýšení tvrdosti se pohybuje od 5 % do 20 % . Toto významné zvýšení tvrdosti je primárně způsobeno jemnozrnnou martenzitickou strukturou, která se vytváří během rychlého procesu ohřevu a chlazení laserem.

2. Přesné řízení vytvrzené vrstvy

• Efektivní tloušťka vytvrzené vrstvy: ovladatelné v rozsahu 0.2-1.0mm
• Šířka jednoho kaleného pásu: v rozmezí od 1.5 na 60mm
• Jsou podporovány vícenásobné překrývající se ošetření, což umožňuje rovnoměrné kalení na velkých plochách.

3. Minimální tepelně ovlivněná zóna a deformace

Tepelně ovlivněná zóna (HAZ) na rozhraní mezi kalenou vrstvou a základním materiálem je extrémně malá, obvykle se pohybuje od 0.3 do 1.5 mm . Tato lokalizovaná charakteristika vstupu tepla účinně řídí celkovou deformaci obrobku, díky čemuž je tento proces obzvláště vhodný pro povrchové zpevňování přesných součástí.

4. Flexibilní implementace procesů

Pracovní vzdálenost mezi obráběcí hlavou a povrchem obrobku je udržována v rozsahu 100–300 mm , což poskytuje dostatek prostoru pro realizaci procesu. Tato technologie podporuje lokalizované přesné kalení a je vhodná také pro zakázkové tepelné zpracování složitých geometrií, což vykazuje výjimečnou flexibilitu a kontrolu procesu.

3. Mechanismus zpevnění materiálu

Laserové kalení je jednou z klíčových technologií pro povrchové zpevňování materiálů. Během procesu laserového kalení vede rychlé zahřívání a chlazení laseru na povrchu materiálu k tvorbě jemného deskového martenzitu s vysokým obsahem uhlíku , austenitu s vysokou dislokační hustotou , sorbitu a tvrdých karbidů . Tyto mikrostruktury výrazně zvyšují odolnost materiálu proti opotřebení a korozi a zlepšují povrchové vlastnosti obrobku.

4. Výzkum procesních parametrů

Stávající výzkum ukázal, jak změny výkonu laseru a rychlosti skenování během kalení fázovou transformací laseru ovlivňují hloubku a tvrdost kalené vrstvy. Výzkum faktorů ovlivňujících procesy kalení taveniny je však relativně omezený. Ačkoli po kalení taveniny dochází k určité deformaci, tento proces umožňuje hlubší kalenou vrstvu, což z něj činí velmi cennou aplikaci.

Experimentální design a metody

Experimenty s laserovým kalením taveniny byly provedeny s ocelí 42CrMo , zaměřené na analýzu vlivu laserového výkonu a rychlosti skenování na výslednou strukturu a vlastnosti. Pro povrchové kalení taveniny byl použit vláknový laser YLS-3000 , přičemž vzorky byly odebrány ze středu ošetřených oblastí pro další analýzu.

Materiály a testování

• Materiál: Konstrukční ocel ze slitiny 42CrMo
• Rozměry: 20mm x 20mm x 11mm
• Tvrdost základny: 310 HV
• Drsnost povrchu: 3.0
• Chemické složení:
  • 0.54 % C
  • 1.32 % Cr
  • 0.39 % Mo
  • 0.45 % Si
  • 0.78 % Mn
  • Zůstatek: Fe

Testovací metody

• Mikrostruktura zpevněné vrstvy pozorovaná pomocí Stereomikroskop ZEISS Imager.A2m a Rastrovací elektronový mikroskop Hitachi S-3400
• Zkoušení tvrdosti pomocí domácí tvrdoměr Vickers s malým zatížením
• Hloubka ztvrdlé vrstvy stanovená pomocí Tvrdost podle Vickerse v kombinaci s metalografickými snímky

5. Experimentální výsledky a analýza

Experimentální výsledky ukazují, že hloubka zpevněné vrstvy se zvyšuje s vyšším výkonem laseru a nižší rychlostí skenování , zatímco hloubka se snižuje s nižším výkonem laseru a vyšší rychlostí skenování . Mezi těmito faktory má výkon laseru významnější vliv na hloubku zpevněné vrstvy. Toto zjištění poskytuje důležitý základ pro optimalizaci procesních parametrů.

6. Závěr a inovace společnosti Greenstone-Tech

Prostřednictvím systematického výzkumu procesů a optimalizace parametrů společnost Greenstone-Tech neustále zlepšuje výkon technologie laserového kalení. Našim zákazníkům poskytujeme přesná a efektivní řešení pro zpevňování povrchů, která splňují rozmanité potřeby zlepšování výkonu součástí v různých odvětvích.