Принцип, характеристики и применение технологии лазерного гашения

Лазерная закалка — это передовой процесс, использующий высокоэнергетические лазерные лучи для нагрева поверхности материала за пределы точек фазового перехода. По мере естественного охлаждения материала аустенит превращается в мартенсит, образуя на поверхности изделия упрочненный слой с исключительной твердостью и износостойкостью. Эта технология значительно изменяет микроструктуру и свойства поверхности заготовки без ущерба для общих характеристик основного материала, обеспечивая локальное повышение прочности за счет контролируемой термической обработки.

К характеристикам лазерного поверхностного гашения относятся:

Высокая плотность мощности: лазерное поверхностное гашение использует сфокусированный лазерный луч в качестве источника тепла для быстрого нагрева поверхности заготовки и образования аустенита.

Быстрый нагрев и охлаждение: Этот процесс обеспечивает быстрый нагрев в течение нескольких секунд (обычно 0,01-0,001 секунды), эффективно минимизируя деформацию заготовки. Этот чистый и эффективный метод закалки исключает необходимость использования воды или масла в качестве охлаждающих агентов. По сравнению с индукционной закалкой, пламенной закалкой и цементацией, лазерная закалка обеспечивает равномерно закаленный слой с превосходной твердостью (обычно на 1-3 HRC выше, чем при индукционной закалке).

Минимальная деформация детали: Быстрый процесс нагрева и охлаждения минимизирует деформацию заготовки, обеспечивая точный контроль глубины и траектории нагрева. Это позволяет автоматизировать процесс без необходимости использования специальных индукционных катушек для деталей разных размеров, как это требуется при индукционной закалке. Это также устраняет ограничения по размеру печи, связанные с химической термообработкой, такой как цементация и закалка для крупных компонентов. Следовательно, лазерная закалка все чаще заменяет традиционные методы, такие как индукционная закалка и химическая термообработка, в различных промышленных областях. Важно отметить, что лазерная закалка вызывает незначительную деформацию материала до и после обработки. Для высокотемпературных металлических деталей, где температуры закалки близки к температурам плавления, индукционная поверхностная закалка часто повреждает углы или неровные участки, что приводит к браку. Лазерная поверхностная закалка полностью исключает это ограничение.

Поэтому этот метод особенно подходит для обработки поверхности деталей с высокими требованиями к точности. Обрабатываемую заготовку не нужно шлифовать, и ее можно использовать в качестве заключительного этапа финишной обработки.

Подходит для сложных форм: может использоваться для деталей сложной формы, таких как глухие отверстия, внутренние отверстия, небольшие канавки, тонкостенные детали и т. д. Высокая универсальность: благодаря большой глубине фокусировки лазера нет строгих ограничений по размеру, габаритам или поверхности деталей во время закалки. В отличие от этого, существующие методы средне- и высокочастотной закалки требуют изготовления индукционных датчиков на заказ для различных деталей;

Глубина лазерной закалки обычно составляет от 0,3 до 2,0 мм в зависимости от таких факторов, как состав материала, технические характеристики, свойства поверхности и ключевые параметры обработки. При закалке шеек валов крупных трансмиссионных шестерен или компонентов валов двигателей шероховатость поверхности остается практически неизменной. Это исключает необходимость последующей механической обработки для соответствия конкретным эксплуатационным требованиям.

Лазерная закалка использует два метода сканирования: узкополосное сканирование с использованием круглых или прямоугольных пятен и широкополосное сканирование с использованием линейных пятен. Ширина зоны закалки при узкополосном сканировании точно соответствует диаметру пятна, обычно с точностью до 5 мм. Для закалки больших площадей требуется последовательное сканирование, где перекрывающиеся зоны создают полосы закалки и размягчения. Ширина этих полос зависит от характеристик пятна, при этом однородные прямоугольные пятна обычно создают более узкие полосы. Для уменьшения негативного воздействия полос размягчения используется технология широкополосного сканирования. Этот метод преобразует сфокусированные круглые пятна в линейные, значительно расширяя ширину сканирования.

Исследования, разработки и применение технологии лазерной закалки в настоящее время находятся на стадии развития, хотя сохраняются проблемы, связанные с обработкой заготовок сложной формы. Тем не менее, как передовая инновация в области термообработки, лазерная закалка позволяет достичь технических целей, которые трудно реализовать с помощью традиционных методов поверхностной закалки. В частности, этот процесс исключает необходимость использования охлаждающих сред во время производства, что соответствует мировым отраслевым стандартам «низкоокислительного и экологически чистого производства». Он оказывается особенно эффективным для поверхностной термообработки различных механических компонентов, включая режущие кромки инструментов, уплотнительные поверхности клапанов, небольшие шестерни, миниатюрные пресс-формы, автомобильные детали, зубчатые кольца, направляющие станков, валы двигателей и валов редукторов.