Лазерне загартування — це промисловий процес обробки поверхні, який використовує лазерний промінь високої потужності для швидкого нагріву, а потім загартування металевих деталей для підвищення твердості та зносостійкості.Внутрішнє лазерне зміцненнявиконує цей процес усередині металевих компонентів для вибіркового зміцнення внутрішніх отворів і порожнин. Хоча обидва методи покладаються на лазерну енергію для зміни властивостей матеріалу, їхні механізми та застосування відрізняються.
У цій статті ми спочатку розглянемо звичайне лазерне зміцнення, а потім дослідимо, що робить внутрішнє лазерне зміцнення унікальним. Ми порівняємо методи нагрівання, глибину загартування, досяжну твердість, змінені мікроструктури, обмеження та ідеальне застосування кожного процесу. Розуміння можливостей цих двох лазерних підходів дає зрозуміти, яка техніка найкраще підходить для конкретних вимог до твердості.
Огляд лазерного зміцнення
Лазерне зміцнення, або лазерне зміцнення поверхні, є добре відомим термічним процесом, який використовується для підвищення твердості та довговічності поверхонь металевих компонентів. Високопотужний лазер точно нагріває верхній шар заготовки в купу розплаву, яка потім швидко розсіюється та гаситься.
Цей екстремальний термічний градієнт викликає мартенситні мікроструктурні перетворення, які надають у 2-5 разів більшу твердість поверхні. Основні задіяні механізми включають:
- Швидке плавлення і затвердіння тонкого поверхневого шару
- Пригнічується утворення більш м'яких фаз, таких як ферит/перліт
- Утворення мартенситної мікроструктури при швидкому гарту
- Зміцнення твердого розчину від розчинення карбіду
- Подрібнення зерна мартенситу
Лазерне загартування забезпечує вибіркове загартування лише там, де це необхідно, мінімальні спотворення та стабільні результати. Обмеження включають вимоги до прямої видимості та, насамперед, ефекти зміцнення поверхні.
Чим відрізняється внутрішнє лазерне зміцнення
Внутрішнє лазерне зміцнення було розроблено, щоб подолати обмеження прямої видимості традиційного лазерного зміцнення. Це дозволяє вибірково зміцнювати поверхні всередині отворів, порожнин і поглиблень за допомогою внутрішньої доставки лазерного променя.
Лазерний промінь передається через волоконно-оптичні кабелі у внутрішній простір. Потім фокусуюча лінза спрямовує промінь на внутрішню поверхню, коли деталь обертається. Це дозволяє зміцнювати криволінійні внутрішні геометрії без прямої зовнішньої прямої видимості.
Основні відмінності від зовнішнього лазерного зміцнення включають:
- Гартування внутрішніх поверхонь внутрішнім діаметром до 60 мм
- Нижча щільність потужності, необхідна в замкнутому просторі
- Збільшена глибина затвердіння до 6 мм від поверхні
- Здатність зміцнювати увігнуті та бічні поверхні
- Мінімальне зовнішнє нагрівання або зміна кольору
- Обмежується циліндричними поверхнями та геометріями
- Покладається на менш відому технологію волоконного лазера
Більш глибокий ефект зміцнення є результатом збільшення часу впливу лазера на кожну частину обертової внутрішньої поверхні. Це дозволяє теплу проникати далі всередину.
Досяжна твердість і уражена площа металу
Під час стандартного лазерного зміцнення висока щільність потужності швидко нагріває тонкий шар глибиною менше 1 мм, перш ніж розсіюватися в холоднішому базовому металі. Це призводить до твердіння переважно в межах 0.1-0,5 мм від верхньої поверхні. Твердість коливається від 50 до 70 HRC в залежності від металевого сплаву.
Внутрішнє лазерне зміцнення може забезпечити твердість до 60 HRC на кілька міліметрів нижче поверхні. Збільшена глибина затвердіння корисна для застосувань, де потрібна більша зносостійкість під поверхнею. Проте зона ураження твердістю все одно локалізована, як і при лазерному зміцненні.
Мікроструктурні зміни
В обох процесах швидке нагрівання та охолодження поверхні викликає утворення мартенситної мікроструктури. Це замінює більш м’який перліт і ферит для підвищення твердості та міцності. Відбуваються механізми подрібнення зерна, карбідного перетворення, зміцнення твердого розчину.
Різниця полягає в глибині, на яку ці мікроструктурні зміни поширюються під поверхню, будучи набагато глибшими при внутрішньому лазерному зміцненні. Однак досягнутий ступінь твердості в кінцевому підсумку можна порівняти.
Ідеальне застосування та обмеження
Зовнішнє лазерне зміцнення добре працює для плоских або контурних поверхонь зовнішніх компонентів. Внутрішнє лазерне зміцнення спеціально дозволяє вибірково загартувати внутрішні циліндричні отвори та порожнини без розбирання.
Приклади програм включають:
Лазерне зміцнення – Шестерні, вали, клапани, турбінні лопатки, прес-матриці
Внутрішнє лазерне загартування – циліндри двигунів, стволи гармат, гідравлічні циліндри, стволи екструдера, обойми підшипників
Обмеження включають вимоги щодо доступу прямої видимості під час лазерного зміцнення та певну циліндричну геометрію для внутрішнього зміцнення. Альтернативні методи можуть працювати краще для складних форм.
Таким чином, внутрішнє лазерне зміцнення забезпечує спеціальну можливість зміцнення внутрішніх поверхонь поза межами досяжності зовнішнього лазерного зміцнення. Розуміння порівняльних переваг і обмежень допомагає визначити оптимальний підхід до лазерного зміцнення на основі бажаного місця зміцнення, глибини та геометрії компонентів. Завдяки двом доступним опціям на основі лазера інженери можуть вказати найкращу техніку для потреб твердості кожного застосування.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — це високотехнологічне підприємство, яке спеціалізується на дослідженнях і розробках, виробництві та продажі автоматичних лазерних наплавлювальних машин, високошвидкісних лазерних наплавлювальних машин, лазерних гартівних машин, лазерних зварювальних машин і обладнання для лазерного 3D-друку. Наша продукція є економічно ефективною та продається всередині країни та за кордоном. Якщо ви зацікавлені в наших продуктах, зв'яжіться з нами за адресоюbob@gshenglaser.com.