Ứng dụng làm cứng bằng laser (làm nguội bằng laser) cho một số linh kiện kim loại nhất định

Tổng quan trường hợp ứng dụng

Tôi cứng bằng laser, còn được gọi là xử lý nhiệt bề mặt bằng laser, là một quy trình biến đổi bề mặt tiên tiến được thiết kế để cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận. Nó được ứng dụng rộng rãi cho các bộ phận bằng thép và gang. Trong quá trình xử lý, tia laser cung cấp nhiệt lượng được kiểm soát chính xác và cục bộ, nhanh chóng nâng nhiệt độ vật liệu lên trên điểm austenit hóa nhưng dưới điểm nóng chảy. Sau đó, bề mặt tự làm nguội thông qua độ dẫn nhiệt của vật liệu nền, nhanh chóng làm nguội lớp được nung nóng và hoàn thành quá trình biến đổi tôi cứng.

Quá trình này tạo ra cấu trúc vi mô mactenxit siêu mịn, độ cứng cao trên bề mặt được xử lý, giúp tăng cường đáng kể độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn. Ngoài ra, ứng suất dư nén được tạo ra trên bề mặt, cải thiện độ bền mỏi và độ bền lâu dài dưới tải trọng chu kỳ.

Kịch bản 1: Làm cứng khuôn bằng laser

Greenstone-Tech ứng dụng công nghệ laser tiên tiến để tăng cường bề mặt khuôn, nâng cao độ cứng và kéo dài tuổi thọ khuôn.

Khuôn đúc thân xe ô tô thường được chế tạo từ gang hợp kim. Do đặc tính của gang hợp kim, phương pháp xử lý nhiệt tổng thể không phù hợp. Phương pháp tôi cứng bằng ngọn lửa truyền thống thường đạt độ cứng bề mặt từ 40–50 HRC. Với phương pháp tôi cứng bằng laser, sử dụng lập trình ngoại tuyến, lập trình dạy và lập trình chuyên gia, các đường chạy dao ba chiều phức tạp có thể được lập kế hoạch và thực hiện cho các chi tiết có hình dạng phức tạp. Độ cứng bề mặt khuôn có thể đạt 55–65 HRC, với độ sâu tôi cứng hiệu quả là 0.5–0.7 mm. Điều này giúp tăng cường đáng kể khả năng chống mài mòn, giảm thiểu hiệu quả các vấn đề trầy xước chi tiết và giảm tỷ lệ sửa chữa khuôn trực tuyến xuống dưới 4%. Việc mài diện tích lớn các khuôn dập sâu không còn cần thiết; chỉ cần bảo trì đơn giản.

Trong khuôn dập sâu, vùng ảnh hưởng nhiệt rất lớn. Phương pháp tôi cứng bằng ngọn lửa hoặc cảm ứng thông thường thường gây ra biến dạng nhiệt đáng kể, làm ảnh hưởng đến độ chính xác của khuôn và đòi hỏi các bước bổ sung. Độ ổn định độ cứng khó duy trì và thời gian sản xuất kéo dài. Tôi cứng bằng laser giảm thiểu biến dạng—thường loại bỏ hoàn toàn—đáp ứng các yêu cầu chất lượng mà không cần thêm quy trình nào khác.

Đối với các bề mặt chi tiết chèn trong khuôn ô tô, chẳng hạn như các cạnh cắt của khuôn định hình và bề mặt làm việc của khuôn tạo hình, phương pháp tôi cứng bằng ngọn lửa thông thường gây ra biến dạng nghiêm trọng. Sau đó, các chi tiết chèn cần được gia công lại sau khi tôi cứng, kéo dài thời gian sản xuất và gây khó khăn trong việc kiểm soát độ cứng. Các chi tiết chèn dùng trong quá trình tạo hình đặc biệt khó khăn do diện tích bề mặt được tôi cứng lớn, dễ gặp các vấn đề về tôi luyện dẫn đến giảm độ cứng.

Các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn tại Greenstone-Tech đã chứng minh rằng tôi cứng bằng laser giúp kiểm soát hiệu quả biến dạng của mảnh dao và độ chính xác độ cứng. Các mảnh dao được xử lý bằng tôi cứng laser thể hiện độ cứng ổn định, biến dạng tối thiểu và có thể được tôi cứng thêm sau khi gia công hoàn thiện. Điều này giúp cải thiện đáng kể hiệu quả gia công và giảm chi phí sản xuất.

Kịch bản 2: Tôi cứng ren que khoan bằng laser

Greenstone-Tech đã tiến hành thử nghiệm rộng rãi về quang học laser, môi trường xử lý và các thông số quy trình để làm chủ công nghệ tôi cứng bằng laser cho các thanh khoan có ren. Khả năng này đã được áp dụng thành công cho các loại ren có đường kính ống khác nhau.

Quá trình tôi cứng bằng laser có đặc điểm là gia nhiệt và làm nguội nhanh, cho phép sử dụng trực tiếp các ren đã được xử lý mà không cần nắn thẳng lại. Độ sâu lớp tôi cứng được kiểm soát chính xác ở mức 0.4–0.8 mm trên đỉnh răng và 0.1–0.4 mm ở chân răng. Sau khi tôi cứng bằng laser, bề mặt ren thể hiện cấu trúc hạt siêu mịn, với khả năng chống mài mòn được cải thiện gấp 2–3 lần. Độ bền cơ học đáp ứng đầy đủ các yêu cầu khoan mô-men xoắn cao và khoảng cách dài, kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng.

Ưu điểm chính:

  • Tốc độ xử lý rất cao, vùng ảnh hưởng nhiệt tối thiểu và độ biến dạng cực thấp.

  • Độ cứng cao hơn so với các phương pháp tôi cứng thông thường, với cấu trúc mactenxit dày đặc và độ dẻo dai tuyệt vời.

  • Gia công chính xác các khu vực cục bộ, rãnh và hình dạng đặc biệt mà phương pháp tôi cứng truyền thống không thể thực hiện được.

  • Quy trình sạch sẽ, thân thiện với môi trường và hiệu quả (không cần nước, dầu hoặc chất làm nguội).

  • Tạo ra ứng suất dư nén, giúp tăng cường đáng kể độ cứng bề mặt, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn.