Princip, karakteristike i primjena tehnologije laserskog gašenja
Lasersko kaljenje je najsavremeniji proces koji koristi visokoenergetske laserske zrake za zagrijavanje površina materijala iznad njihovih tačaka faznog prelaza. Kako se materijal prirodno hladi, austenit se transformiše u martenzit, stvarajući očvrsli sloj sa izuzetnom tvrdoćom i otpornošću na habanje na površini proizvoda. Ova tehnika značajno modificira mikrostrukturu i svojstva površina obratka bez ugrožavanja ukupnih performansi osnovnog materijala, postižući lokalizovano poboljšanje čvrstoće putem kontrolisane termičke obrade.
Karakteristike laserskog gašenja površine uključuju:
Visoka gustoća snage: lasersko kaljenje površine koristi fokusirani laserski snop kao izvor topline za brzo zagrijavanje površine obratka i stvaranje austenita.
Brzo zagrijavanje i hlađenje: Proces postiže brzo zagrijavanje u roku od nekoliko sekundi (obično 0,01-0,001 sekundi), efektivno minimizirajući deformaciju obratka. Ova čista i efikasna metoda kaljenja eliminira potrebu za vodom ili uljem kao rashladnim sredstvima. U poređenju s procesima indukcijskog kaljenja, kaljenja plamenom i cementacije, lasersko kaljenje daje ravnomjerno očvrsli sloj sa superiornom tvrdoćom (obično 1-3HRC većom od indukcijskog kaljenja).
Minimalna deformacija dijela: Brzi proces zagrijavanja i hlađenja minimizira deformaciju obratka, omogućavajući preciznu kontrolu dubine i putanje zagrijavanja. Ovo omogućava automatizaciju bez potrebe za prilagođenim indukcijskim zavojnicama za različite veličine dijelova, kako je potrebno kod indukcijskog kaljenja. Također eliminira ograničenja veličine peći povezana s kemijskim toplinskim obradama poput cementacije i kaljenja za velike komponente. Posljedično, lasersko kaljenje sve više zamjenjuje tradicionalne metode poput indukcijskog kaljenja i kemijske toplinske obrade u raznim industrijskim primjenama. Posebno je važno napomenuti da lasersko kaljenje uzrokuje zanemarivu deformaciju materijala prije i poslije obrade. Kod metalnih dijelova na visokim temperaturama gdje se temperature kaljenja blisko podudaraju s tačkama topljenja, površinsko kaljenje na bazi indukcije često oštećuje uglove ili nepravilna područja, što dovodi do otpada. Lasersko površinsko kaljenje u potpunosti izbjegava ovo ograničenje.
Stoga je posebno pogodan za površinsku obradu dijelova s visokim zahtjevima za preciznošću. Obrađeni radni komad ne treba brusiti i može se koristiti kao završni postupak završne obrade.
Pogodno za složene oblike: Može se koristiti za komponente složenog oblika kao što su slijepe rupe, unutrašnje rupe, mali žljebovi, dijelovi s tankim stijenkama itd. Velika svestranost: Zbog velike dubine fokusiranja lasera, ne postoje stroga ograničenja u pogledu veličine, dimenzija ili površine dijelova tokom kaljenja. Nasuprot tome, postojeće kaljenje srednje visoke frekvencije zahtijeva indukcijske senzore izrađene po narudžbi za različite dijelove;
Dubina laserski kaljenih slojeva obično se kreće u rasponu od 0,3-2,0 mm, ovisno o faktorima kao što su sastav materijala, specifikacije, karakteristike površine i ključni parametri obrade. Prilikom kaljenja na vratovima vratila velikih zupčanika prijenosa ili komponenti vratila motora, hrapavost površine ostaje u suštini nepromijenjena. To eliminira potrebu za naknadnom obradom kako bi se ispunili specifični operativni zahtjevi.
Lasersko gašenje koristi dvije metode skeniranja: skeniranje uskim pojasom s kružnim ili pravokutnim tačkama i skeniranje širokim pojasom korištenjem linearnih tačaka. Širina očvrsle zone kod skeniranja uskim pojasom blisko se podudara s promjerom tačke, obično unutar 5 mm. Za primjene kaljenja velikih površina potrebna su sekvencijalna skeniranja gdje preklapajuće zone stvaraju popuštene omekšavajuće trake. Širina ovih traka ovisi o karakteristikama tačke, pri čemu ujednačene pravokutne tačke uglavnom proizvode manje trake. Kako bi se ublažili negativni efekti omekšavajućih traka, koristi se tehnologija skeniranja širokim pojasom. Ova metoda transformira fokusirane kružne tačke u linearne, značajno proširujući širinu skeniranja.
Istraživanje, razvoj i primjena tehnologije laserskog kaljenja trenutno su u uzlaznoj fazi, iako i dalje postoje izazovi u obradi složenih radnih komada. Međutim, kao vrhunska inovacija u termičkoj obradi, lasersko kaljenje omogućava postizanje tehničkih ciljeva koje tradicionalne metode površinskog kaljenja teško postižu. Značajno je da ovaj proces eliminira potrebu za rashladnim medijima tokom proizvodnje, što je u skladu s posvećenošću globalne industrije standardima "niske oksidacije i ekološki prihvatljive proizvodnje". Pokazao se posebno efikasnim za površinsku termičku obradu različitih mehaničkih komponenti, uključujući ivice alata za rezanje, površine za brtvljenje ventila, male zupčanike, minijaturne kalupe, automobilske dijelove, zupčaste prstenove, vodilice alatnih mašina, osovine motora i osovine reduktora.