Процессы лазерной закалки: объяснение фазового превращения, плавления и ударной закалки

Лазерная закалка — одно из новейших применений лазерных технологий в производстве. Он использует лазерный луч для локального и быстрого нагрева поверхности металлической заготовки, в результате чего в различной степени улучшаются твердость поверхности, износостойкость и коррозионная стойкость, а также продлевается срок службы. Теоретической основой является взаимодействие между лазерным излучением и материалами -, а конкретный результат зависит от трех факторов: мощности лазера, плотности энергии и времени воздействия.

Полный обзор металлургического механизма и его промышленной точности см. в нашем руководстве поОбъяснение лазерной поверхностной закалки.

В зависимости от того, как лазерная энергия доставляется и поглощается, лазерное закаливание делится на три различных процесса.

1. Упрочнение фазовым превращением

Лазер сканирует поверхность заготовки и быстро нагревает ее выше критической температуры. Когда луч движется дальше, холодная подложка почти мгновенно отводит тепло, закаляя зону и вызывая мартенситное или бейнитное превращение. Это наиболее широко используемый процесс, позволяющий получить точно контролируемый закаленный слой без изменения химического состава детали.

2. Плавление и затвердевание. Закалка.

При более высоких плотностях энергии поверхностный слой плавится, а затем чрезвычайно быстро -затвердевает. Полученная в результате тонкая однородная структура обеспечивает повышенную твердость и улучшенную коррозионную стойкость по сравнению с преобразованием только в твердом- состоянии.

3. Ударная закалка

Интенсивный короткий лазерный импульс генерирует ударную волну, которая-упрочняет поверхность за счет пластической деформации. Этот процесс создает сжимающее остаточное напряжение, что особенно ценно для повышения сопротивления усталости.

Эти три процесса не являются взаимоисключающими -, они различаются главным образом мощностью лазера и плотностью энергии и могут быть настроены в соответствии с материалом и требуемой глубиной закалки.

Лазерная закалка особенно эффективна в семи случаях, когда традиционная термообработка не справляется:

1. Крупные заготовки, которые сложно поместить в печь термообработки.
2. Детали, требующие обработки только на локальных поверхностях, таких как канавки, отверстия и кромки.
3. Детали, которые сложно обработать обычной термообработкой.
4. Прецизионные детали со строгими ограничениями на деформацию при термообработке.
5. Поверхностная закалка чугунных заготовок.
6. Детали, склонные к растрескиванию при обычной термообработке.
7. Детали, твердость которых не соответствует требованиям при традиционной термообработке.

Лазерная закалка представляет собой быстрый бесконтактный процесс, не требующий внешней закалки, обеспечивающий минимальную деформацию заготовки и быстрый цикл охлаждения. По сравнению с пламенной закалкой и цементацией, здесь используется лазерный нагрев высокой-плотности, который требует меньше шагов и работает быстрее. Закаленный слой однородный, а твердость обычно на 15–20 % выше, чем при обычной закалке. Глубина и траектория нагрева просты в управлении, легко регулируются и легко поддаются автоматизации.

Лазерная закалочная машина King's Laser RS-LQM-R3000 3000W

Лазерная поверхностная закалка широко используется в таких областях, как изготовление пресс-форм, машиностроение, нефтяная, химическая, легкая промышленность, метизы и автомобильные детали, благодаря отличным характеристикам термообработки. Среди них металлические сплавы являются наиболее широко используемыми материалами в промышленности со сложной микроструктурой, которой можно управлять с помощью лазерной термообработки для изменения их механических, физических и химических свойств и достижения различных характеристик. К типичным заготовкам относятся формы, шестерни, валы, резьба, направляющие, гильзы цилиндров, важная военная продукция и т. д.

Лазерная закалка формы

Лазерная закалка зубчатого венца

Лазерная закалка гильз цилиндров

Лазерная закалка обеспечивает упрочнение поверхности за счет трех механизмов - фазового превращения, плавления-затвердевания и ударного воздействия -, выбранных путем настройки мощности, плотности энергии и времени воздействия. Для количественного сравнения этих процессов с методами индукции, пламени и цементации прочитайте наше руководство поПреимущества лазерной закалки поверхности. Если вам нужна автоматизированная система,-готовая к производству, воспользуйтесь волоконно-лазерной закалочной машиной King's Laser RS-LQM-R3000 3000W.