Лазерная закалка — это промышленный процесс обработки поверхности, в котором используется мощный лазерный луч для быстрого нагрева, а затем закалки металлических деталей с целью повышения твердости и износостойкости.Внутренняя лазерная закалкаэтот процесс применяется внутри металлических компонентов для выборочной закалки внутренних отверстий и полостей. Хотя оба метода используют энергию лазера для преобразования свойств материала, их механизмы и применение различаются.
В этой статье мы сначала рассмотрим традиционную лазерную закалку, а затем выясним, что делает внутреннюю лазерную закалку уникальной. Мы сравним методы нагрева, глубину закалки, достижимую твердость, затронутую микроструктуру, ограничения и идеальные области применения каждого процесса. Понимание возможностей этих двух лазерных подходов позволяет понять, какой метод лучше всего подходит для конкретных требований к твердости.
Обзор лазерной закалки
Лазерная закалка, или лазерная закалка поверхности, — это хорошо зарекомендовавший себя термический процесс, используемый для повышения твердости и долговечности поверхностей металлических компонентов. Мощный лазер точно нагревает верхний слой заготовки до образования ванны расплава, которая затем быстро рассеивается и закаливается.
Этот экстремальный температурный градиент вызывает мартенситные микроструктурные преобразования, которые придают поверхности твердость в 2–5 раз большую. Ключевые задействованные механизмы включают в себя:
- Быстрое плавление и затвердевание тонкого поверхностного слоя
- Подавлено образование более мягких фаз, таких как феррит/перлит.
- Образование мартенситной микроструктуры при быстрой закалке.
- Упрочнение твердого раствора за счет растворения карбидов
- Измельчение зерна мартенсита
Лазерная закалка обеспечивает выборочную закалку только там, где это необходимо, минимальные искажения и стабильные результаты. Ограничения включают требования к прямой видимости и, прежде всего, эффекты упрочнения поверхности.
Чем отличается внутренняя лазерная закалка
Внутренняя лазерная закалка была разработана для преодоления ограничений прямой видимости, присущих обычной лазерной закалке. Он позволяет выборочно закаливать поверхности внутри отверстий, полостей и углублений с использованием внутренней подачи лазерного луча.
Лазерный луч передается по оптоволоконным кабелям во внутреннее пространство. Затем фокусирующая линза направляет луч на внутреннюю поверхность при вращении заготовки. Это позволяет закаливать изогнутые внутренние геометрические формы без прямой внешней видимости.
Ключевые отличия от внешней лазерной закалки включают в себя:
- Закалка внутренних поверхностей внутренним диаметром до 60 мм.
- В ограниченном пространстве требуется более низкая плотность мощности
- Увеличенная глубина закалки до 6 мм от поверхности.
- Возможность упрочнения вогнутых и боковых поверхностей.
- Минимальный внешний нагрев или изменение цвета
- Ограничено цилиндрическими поверхностями и геометриями.
- Опирается на менее устоявшуюся технологию волоконного лазера
Более глубокий эффект упрочнения достигается за счет увеличения времени воздействия лазера на каждую часть вращающейся внутренней поверхности. Это позволяет теплу проникать дальше внутрь.
Достижимая твердость и площадь воздействия металла
При стандартной лазерной закалке высокая плотность мощности быстро нагревает тонкий слой глубиной менее 1 мм, а затем рассеивается в более холодном нижележащем металле. Это приводит к затвердеванию преимущественно в пределах 0.1-0.5 мм от верхней поверхности. Твердость колеблется от 50 до 70 HRC в зависимости от сплава металла.
Внутренняя лазерная закалка позволяет добиться твердости до 60 HRC на глубине нескольких миллиметров от поверхности. Увеличенная глубина закалки полезна в тех случаях, когда требуется повышенная износостойкость под поверхностью. Однако зона влияния на твердость все равно остается локализованной, как и при лазерной закалке.
Микроструктурные изменения
В обоих процессах быстрый нагрев и охлаждение поверхности вызывает образование мартенситной микроструктуры. Он заменяет более мягкий перлит и феррит для увеличения твердости и прочности. Происходят механизмы измельчения зерна, карбидного превращения и упрочнения твердого раствора.
Разница заключается в глубине, на которую эти микроструктурные изменения распространяются под поверхность, а при внутренней лазерной закалке они становятся намного глубже. Однако степень достигнутой твердости в конечном итоге сопоставима.
Идеальные приложения и ограничения
Внешняя лазерная закалка хорошо подходит для плоских или контурных внешних поверхностей компонентов. Внутренняя лазерная закалка позволяет выборочно закаливать внутренние цилиндрические отверстия и полости без разборки.
Примеры приложений включают в себя:
Лазерная закалка – шестерни, валы, клапаны, турбинные лопатки, пресс-формы.
Внутренняя лазерная закалка – цилиндры двигателей, стволы пистолетов, гидравлические цилиндры, стволы экструдеров, кольца подшипников.
Ограничения включают требования к прямому доступу по прямой видимости при лазерной закалке и специальную цилиндрическую геометрию для внутренней закалки. Альтернативные методы могут работать лучше для сложных форм.
Таким образом, внутренняя лазерная закалка обеспечивает специальную возможность упрочнения внутренних поверхностей, недоступных для внешней лазерной закалки. Понимание сравнительных преимуществ и ограничений помогает определить, какой метод лазерной закалки является оптимальным в зависимости от желаемого места закалки, глубины и геометрии компонента. Теперь, когда доступны два лазерных варианта, инженеры могут выбрать лучший метод для каждого конкретного случая применения.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях и разработках, производстве и продаже автоматических машин для лазерной наплавки, высокоскоростных машин для лазерной наплавки, машин для лазерной закалки, машин для лазерной сварки и оборудования для лазерной 3D-печати. Наша продукция экономически эффективна и продается внутри страны и за рубежом. Если вы заинтересованы в нашей продукции, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресуbob@gshenglaser.com.