Laser-Wärmebehandlung: Prinzipien, Vorteile und Anwendungen | MachineMFG

Laser-Wärmebehandlung: Prinzipien, Vorteile und Anwendungen

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1. Prinzip der Laserwärmebehandlung

Die Laser-Wärmebehandlung ist eine Technologie zur Wärmebehandlung von Oberflächen, bei der ein Laser zum Erhitzen metallische Werkstoffe um die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu erzielen. Der Laser wird auf die Oberfläche Metalloberfläche und wenn die Reflexion überwunden wird, dringt der größte Teil der Laserenergie in die Metalloberfläche ein und wird absorbiert.

Dies führt dazu, dass die Elektronen im Metall angeregt werden und mit dem Gitter oder anderen Elektronen kollidieren, wodurch die Wärme schnell von der Metalloberfläche ins Innere übertragen wird. Dies führt zu einer hohen Abkühlungsrate, die wiederum zu einer Verfestigung der Oberfläche führt.

Die Lasererwärmung hat eine hohe Leistungsdichte, was bedeutet, dass eine große Menge an Leistung auf einen kleinen Bereich des Werkstücks konzentriert wird. Diese hohe Leistungsdichte ermöglicht es dem Werkstück, die Austenitisierungstemperatur in dem mit dem Laser bestrahlten Bereich schnell zu erreichen.

Aufgrund der schnellen Erwärmung kann die Wärme jedoch nicht rechtzeitig durch Wärmeleitung und Wärmeabfuhr vom Werkstück abgeführt werden. Nach Abschluss der Lasererwärmung bleibt die Temperatur im größten Teil des Werkstücks niedrig.

Dadurch kann der erhitzte Bereich durch Wärmeleitung im Werkstück selbst schnell abgekühlt werden, was zu den gewünschten Wärmebehandlungseffekten wie z. B. Schwebefeuer führt.

Schematische Darstellung der Laserabschreckung

Technologie des Laserstrahl-Auftragschweißens

2. Vor- und Nachteile der Laserwärmebehandlung

Die Laserwärmebehandlung ist eine Methode zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Metallen durch den Einsatz von Laserstrahlen mit hoher Leistungsdichte. Sie kann eine Härtung durch Phasenumwandlung (z. B. schwimmendes Oberflächenfeuer), Oberflächenlegierung und andere Oberflächenmodifikationen bewirken, was zu Veränderungen der Oberflächenzusammensetzung, -struktur und -eigenschaften führt, die mit anderen Mitteln nicht erreicht werden können.

Durch die Laser-Wärmebehandlung kann die Oberflächenhärte von Gusseisen über 60 Rockwell-Härtegrade (HRC) erreichen, und die Oberflächenhärte von mittleren und kohlenstoffreicher Stahl kann 70 HRC-Grade überschreiten, wodurch sich seine Verschleiß-, Ermüdungs-, Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie andere Eigenschaften verbessern und seine Lebensdauer verlängert.

Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren wie Hochfrequenzabschrecken, Aufkohlen und nitrierenhat die Laserwärmebehandlung mehrere Vorteile:

  1. Es werden keine zusätzlichen Materialien benötigt, lediglich die Struktur der Oberfläche des behandelten Materials wird verändert.
  2. Die behandelte modifizierte Schicht hat eine ausreichende Dicke und kann je nach Bedarf auf eine Tiefe von 0,1-0,8 mm eingestellt werden.
  3. Minimale Verformung des bearbeiteten Teils.

Die hohe Laserleistung Dichte und die kurze Wechselwirkungszeit mit dem Teil (10^-2 bis 10 Sekunden) führen zu einer minimalen thermischen Verformung und Gesamtveränderung des Teils, wodurch es sich für die Bearbeitung von Hochpräzisionsteilen als abschließendes Bearbeitungsverfahren von Materialien und Teilen eignet.

  1. Gute Verarbeitungsflexibilität und breite Anwendung.

Das flexible Lichtleitersystem kann den Laser wie gewünscht auf das zu bearbeitende Teil lenken, so dass tiefe Löcher, Innenlöcher, Sacklöcher und Nuten bearbeitet werden können. Auch selektive lokale Bearbeitungen können durchgeführt werden.

Für das großflächige Scannen müssen aufgrund des kleinen Laserspot-Bereichs mehrere überlappende Techniken, großflächige Spot-Technologie, Defokussierungsmethoden, Breitbandmethoden oder Drehspiegelmethoden verwendet werden.

Wenn Läppen schwankt die Mikrohärte im Bereich zwischen den einzelnen benachbarten Abtastbändern, und aus metallografischer Sicht ist eine makroperiodische Leistungsänderung in der geläppten Schicht zu beobachten.

Bei der großflächigen Spottechnologie führen größere Spotflächen zu geringeren Leistungsdichten bei konstanter Ausgangsleistung. Eine Vergrößerung des Strahldurchmessers kann die Vorteile der hohen Energiedichte und der schnellen Erwärmung des Lasers schwächen.

3. Anwendung der Laserwärmebehandlung

Laser-Wärmebehandlung kann bei fast allen Metalloberfläche Wärmebehandlungen. Gegenwärtig wird es häufig in Industrien mit hohem Verschleiß eingesetzt, z. B. in der Automobilindustrie, der Metallurgie, der Erdölindustrie, im Schwermaschinenbau, in der Landwirtschaft und bei High-Tech-Produkten wie in der Luft- und Raumfahrt.

1. Autoindustrie

Die Laserwärmebehandlung ist in der Automobilindustrie weit verbreitet und kann auf viele wichtige Teile eines Fahrzeugs angewendet werden, z. B. Zylinderblöcke, Zylinderlaufbuchsen und Kurbelwellen.

General Motors in den Vereinigten Staaten setzt beispielsweise mehr als ein Dutzend Kilowatt-Laser für die Wärmebehandlung in der Automobilindustrie ein. Bei wichtigen Automobilteilen wird CO2 Laser härten die Innenwand des Kommutatorgehäuses teilweise aus, mit einer Tagesleistung von 30.000 Sätzen, was zu einer vierfachen Verbesserung der Arbeitseffizienz führt.

2. Herstellung von Großlokomotiven

Die Laserwärmebehandlung wird in der Großlokomotivindustrie eingesetzt, um die Lebensdauer von Lokomotiven zu verlängern. Dazu gehört die Laserwärmebehandlung von Großkurbelwellen, Zylinderlaufbuchsen und Hauptfedern von Lokomotivdieselmotoren.

Der Formenbau in diesem Industriezweig ist komplex und erfordert hohe Präzision, verschiedene Formen und ein breites Anwendungsspektrum. Die kurze Lebensdauer der Formen führt jedoch häufig zu erhöhten Kosten und Schwierigkeiten bei der Reparatur.

Um diese Probleme zu lösen, gewinnt die Laserwärmebehandlung von Formoberflächen allmählich an Anerkennung und Akzeptanz. Diese Methode kann die Lebensdauer der Form verdoppeln, ohne durch Form oder Größe eingeschränkt zu sein.

Der Laser Oberflächenbehandlung Technologie umfasst mehrere Verfahren, darunter: Laser-Phasenumwandlung, Laser-Auftragschweißen, Laser-Legieren und Laser-Oberflächenverbundbehandlung.

1. Laser-Oberflächenabschreckung

(1) Das Prinzip der Laser-Oberflächenabschreckung

Bei der Laseroberflächenabschreckung wird ein Laser verwendet, um die Oberfläche eines Metallmaterial auf eine Temperatur oberhalb seines Umwandlungspunktes. Wenn das Material abkühlt, wandelt es sich von Austenit zu Martensit, wodurch die Oberfläche gehärtet wird. Dadurch entsteht eine Schicht mit Druckspannung, die die Ermüdungsfestigkeit der Oberfläche. Mit diesem Verfahren kann die Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit von Werkstoffen erheblich verbessert werden.

(2) Merkmale der Laser-Oberflächenabschreckung

Jüngste Forschungen haben gezeigt, dass die Anwendung der Laseroberflächenabschreckung, während das Werkstück unter Druck steht, und das Entfernen der äußeren Kraft nach der Abschreckung die Druckeigenspannung erhöhen und die Druck- und Dauerfestigkeit des Werkstücks verbessern kann.

Darüber hinaus führt die hohe Abschreckgeschwindigkeit der Laseroberflächenabschreckung zu einer geringeren Wärmeübertragung auf das Material, was die thermische Verformung im Vergleich zur Hochfrequenzabschreckung um 1/3 bis 1/10 reduziert. Dies reduziert die Arbeitsbelastung der nachfolgenden Arbeitsgänge und senkt die Herstellungskosten.

Der Prozess ist selbstkühlend und damit eine saubere und hygienische Wärmebehandlungsmethode. Auch die Verarbeitung von Verbundwerkstoffen lässt sich mit demselben Verfahren durchführen. Laserbearbeitung System. Dies ermöglicht eine automatische Produktion, indem Angebot und Nachfrage der Laserabschreckung direkt in die Produktionslinie integriert werden.

Da das Verfahren berührungslos arbeitet, ist es ideal für die Oberflächenabschreckung in engen Nuten und an Bodenflächen.

(3) Anwendung der Laser-Oberflächenabschreckung

Die Laseroberflächenabschreckung ist aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile weit verbreitet. Es kann die Verschleißfestigkeit von Motor-Zylinderblöcken um mehr als das Dreifache erhöhen, die Lebensdauer von Schneidkanten an heißen Walzstahl Sie werden zum Härten von Führungsschienen von Werkzeugmaschinen, Zahnradoberflächen, Kurbelhälsen und Nocken von Motorkurbelwellen sowie verschiedenen Schneidkanten von Werkzeugen verwendet.

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