Umfassende Analyse der Merkmale der Laserhärtungstechnologie und Prozessforschung

Juni 6, 2020

1. Technische Grundlagen und wesentliche Vorteile

Bei der Laserhärtungstechnologie wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte als Wärmequelle verwendet. Der von einem Lasersystem erzeugte Laserstrahl wird durch ein präzises optisches System übertragen und fokussiert, um einen Punkt mit hoher Energiedichte zu bilden, der eine präzise Wärmebehandlung der Oberfläche des Metallsubstrats ermöglicht. Dieses Verfahren übertrifft herkömmliche Methoden wie das Flammenhärten und das Mittel- und Hochfrequenz-Induktionshärten erheblich, vor allem aufgrund der präzisen Steuerung der Laserstrahlenergie. Der geformte Laserstrahl besitzt einzigartige Eigenschaften wie eine hohe Energiedichte und eine ausgezeichnete Richtwirkung.

2. Grundlegende Prozessmerkmale
1. Ultra-hohe Oberflächenhärte

Die Oberflächenhärte nach dem Laserhärten ist deutlich höher als bei konventionellen Härteverfahren, mit Härtesteigerungen von 5% bis 20%. Diese signifikante Härtesteigerung ist in erster Linie auf das feinkörnige martensitische Gefüge zurückzuführen, das sich während des schnellen Erwärmungs- und Abkühlungsprozesses des Lasers bildet.

2. Präzise Kontrolle der gehärteten Schicht
  • Effektive gehärtete Schichtdicke: steuerbar im Bereich von 0,2-1,0 mm
  • Einfach gehärtete Bandbreite: von 1,5 bis 60 mm
  • Überlappende Behandlungen in mehreren Durchgängen werden unterstützt und ermöglichen homogene Aushärtung über große Flächen.
3. Minimale wärmebeeinflusste Zone und Verformung

Die Wärmeeinflusszone (WEZ) an der Grenzfläche zwischen der gehärteten Schicht und dem Grundwerkstoff ist extrem klein und liegt in der Regel bei 0,3 bis 1,5 mm. Durch diesen lokalisierten Wärmeeintrag wird die Gesamtverformung des Werkstücks wirksam gesteuert, wodurch sich das Verfahren besonders für die Oberflächenverfestigung von Präzisionsteilen eignet.

4. Flexible Prozessimplementierung

Der Arbeitsabstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Werkstückoberfläche wird in einem Bereich von 100-300mm, und bietet ausreichend Platz für die Implementierung von Prozessen. Diese Technologie unterstützt lokalisierte Präzisionshärtung und ist auch geeignet für kundenindividuelle Wärmebehandlung für komplexe Geometrien, die sich durch außergewöhnliche Prozessflexibilität und -kontrolle auszeichnen.

3. Mechanismus zur Stärkung des Materials

Das Laserhärten ist eine der Schlüsseltechnologien für die Oberflächenverfestigung von Werkstoffen. Beim Laserhärten führt die schnelle Erwärmung und Abkühlung des Lasers auf der Materialoberfläche zur Bildung von Martensitisches Feinblech mit hohem Kohlenstoffgehalt, Austenit mit hoher Versetzungsdichte, Sorbit, Und harte Karbide. Diese Mikrostrukturen erhöhen die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials erheblich und verbessern die Oberflächeneigenschaften des Werkstücks.

4. Prozessparameter-Forschung

Die bisherige Forschung hat gezeigt, wie sich Änderungen der Laserleistung und der Scangeschwindigkeit beim Laserphasenumwandlungshärten auf die Tiefe Und Härte der gehärteten Schicht. Die Faktoren, die das Schmelzabschrecken beeinflussen, sind jedoch noch relativ wenig erforscht. Obwohl nach der Schmelzabschreckung eine gewisse Verformung auftritt, ermöglicht dieses Verfahren tiefere gehärtete Schichten, was es für Anwendungen sehr wertvoll macht.

Versuchsaufbau und Methoden

Experimente zur Laserschmelzabschreckung wurden unter Verwendung von 42CrMo-Stahl, Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Analyse, wie sich Laserleistung und Scangeschwindigkeit auf die resultierende Struktur und Leistung auswirken. A YLS-3000 Faserlaser wurde für die Oberflächenschmelzabschreckung verwendet, wobei Proben aus der Mitte der behandelten Bereiche für die weitere Analyse entnommen wurden.

Materialien und Prüfung
  • Material: 42CrMo legierter Baustahl
  • Abmessungen: 20mm x 20mm x 11mm
  • Härte des Bodens: 310 HV
  • Oberflächenrauhigkeit: 3.0
  • Chemische Zusammensetzung:
    • 0,54% C
    • 1.32% Cr
    • 0,39% Mo
    • 0,45% Si
    • 0,78% Mn
    • Gleichgewicht: Fe
Testmethoden
  • Mikrostruktur der gehärteten Schicht, beobachtet mit einer ZEISS Stereomikroskop Imager.A2m Und Hitachi S-3400 Rasterelektronenmikroskop
  • Härteprüfung mit einem Vickers-Härteprüfgerät für den Hausgebrauch mit geringer Belastung
  • Tiefe der gehärteten Schicht bestimmt mit Vickers-Härte kombiniert mit metallografischen Bildern
5. Experimentelle Ergebnisse und Analyse

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Tiefe der gehärteten Schicht mit der höhere Laserleistung Und geringere Abtastgeschwindigkeit, während die Tiefe mit der Zeit abnimmt geringere Laserleistung Und höhere Scangeschwindigkeit. Unter diesen Faktoren hat die Laserleistung einen größeren Einfluss auf die gehärtete Schichttiefe. Diese Erkenntnis bietet eine wichtige Grundlage für die Optimierung der Prozessparameter.

6. Schlussfolgerung und die Innovation von Greenstone-Tech

Durch systematische Prozessforschung und Parameteroptimierung verbessert Greenstone-Tech kontinuierlich die Leistung der Laserhärtetechnologie. Wir bieten unseren Kunden präzise, effiziente Lösungen für die Oberflächenverfestigung, um die vielfältigen Anforderungen an die Verbesserung der Bauteilleistung in verschiedenen Branchen zu erfüllen.