Всесторонний анализ особенностей технологии лазерной закалки и исследование процессов

6 июня 2020 г.

1. Технические принципы и основные преимущества

В технологии лазерной закалки в качестве источника тепла используется лазерный луч высокой плотности энергии. Лазерный луч, генерируемый лазерной системой, передается и фокусируется через точную оптическую систему, образуя пятно высокой плотности энергии, что обеспечивает точную термообработку поверхности металлической подложки. Этот процесс значительно превосходит традиционные методы, такие как пламенная закалка и средне- и высокочастотная индукционная закалка, в основном благодаря точному контролю энергии лазерного луча. Формируемый лазерный луч обладает уникальными характеристиками, такими как высокая плотность энергии и отличная направленность.

2. Основные характеристики процесса
1. Сверхвысокая твердость поверхности

Твердость поверхности после лазерной закалки значительно выше, чем после обычных процессов закалки, причем увеличение твердости варьируется от 5% - 20%. Такое значительное повышение твердости обусловлено, прежде всего, мелкозернистой мартенситной структурой, образующейся в процессе быстрого нагрева и охлаждения лазером.

2. Точный контроль упрочненного слоя
  • Эффективная толщина упрочненного слоя: контролируемый в диапазоне 0,2-1,0 мм
  • Одиночная закаленная ширина полосы: в диапазоне от 1,5 - 60 мм
  • Поддерживается многопроходная обработка с наложением друг на друга, что позволяет равномерная закалка на больших территориях.
3. Минимальная зона термического воздействия и деформация

Зона термического влияния (ЗТВ) на границе между упрочненным слоем и основным материалом очень мала, обычно составляет от от 0,3 до 1,5 мм. Такая локальная характеристика подачи тепла эффективно контролирует общую деформацию заготовки, что делает процесс особенно подходящим для поверхностного упрочнения прецизионных деталей.

4. Гибкое внедрение процессов

Рабочее расстояние между обрабатывающей головкой и поверхностью заготовки поддерживается в диапазоне 100-300 мм, обеспечивая достаточное пространство для реализации процессов. Эта технология поддерживает локальная прецизионная закалка и также подходит для индивидуальная термообработка для сложных геометрических форм, демонстрируя исключительную гибкость и управляемость процесса.

3. Механизм укрепления материала

Лазерная закалка - одна из ключевых технологий поверхностного упрочнения материалов. В процессе лазерного упрочнения быстрое нагревание и охлаждение лазера на поверхности материала приводит к образованию высокоуглеродистый тонколистовой мартенсит, аустенит с высокой плотностью дислокаций, сорбит, и твёрдые карбиды. Эти микроструктуры значительно повышают износостойкость и коррозионную стойкость материала, улучшая свойства поверхности заготовки.

4. Исследование параметров процесса

Существующие исследования показали, как изменение мощности лазера и скорости сканирования в процессе лазерной закалки с фазовым превращением влияет на глубина и твердость затвердевшего слоя. Однако исследования факторов, влияющих на процесс закалки расплава, относительно ограничены. Хотя после закалки расплава происходит некоторая деформация, этот процесс позволяет получить более глубокие закаленные слои, что делает его очень ценным для применения.

Экспериментальный дизайн и методы

Эксперименты по закалке лазерного расплава проводились с использованием сталь 42CrMo, При этом основное внимание уделяется анализу того, как мощность лазера и скорость сканирования влияют на получаемую структуру и производительность. A YLS-3000 волоконный лазер использовался для поверхностного закаливания расплава, а для дальнейшего анализа отбирались образцы из середины обработанных участков.

Материалы и испытания
  • Материал: 42CrMo легированная конструкционная сталь
  • Размеры: 20 мм x 20 мм x 11 мм
  • Твердость основания: 310 HV
  • Шероховатость поверхности: 3.0
  • Химический состав:
    • 0,54% C
    • 1.32% Cr
    • 0,39% Mo
    • 0,45% Si
    • 0,78% Mn
    • Баланс: Fe
Методы тестирования
  • Микроструктура упрочненного слоя, наблюдаемая с помощью прибора Стереомикроскоп ZEISS Imager.A2m и Сканирующий электронный микроскоп Hitachi S-3400
  • Испытание на твердость с помощью отечественный малогабаритный твердомер Виккерса
  • Глубина упрочненного слоя определяется с помощью Твердость по Виккерсу в сочетании с металлографическими изображениями
5. Экспериментальные результаты и анализ

Экспериментальные результаты показывают, что глубина упрочненного слоя увеличивается с ростом повышенная мощность лазера и снижение скорости сканирования, в то время как глубина уменьшается с меньшая мощность лазера и высокая скорость сканирования. Среди этих факторов мощность лазера оказывает более значительное влияние на глубину упрочненного слоя. Этот вывод дает важную основу для оптимизации параметров процесса.

6. Заключение и инновации Greenstone-Tech

Благодаря систематическому исследованию процессов и оптимизации параметров компания Greenstone-Tech постоянно повышает эффективность технологии лазерного упрочнения. Мы предлагаем нашим клиентам точные и эффективные решения по упрочнению поверхностей для удовлетворения разнообразных потребностей в улучшении характеристик деталей в различных отраслях промышленности.