Лазерная закалка металла: технология, плюсы и минусы

Содержание:

  1. Суть процесса лазерной закалки
  2. Применение поверхностной лазерной закалки
  3. Достоинства лазерной закалки металлов
  4. Минусы технологии

Лазерная закалка металлов – современная технология, применяемая для упрочнения быстро изнашиваемых изделий. В процессе термообработки меняются свойства материала, он становится более устойчивым к развитию коррозионных процессов, трению и прочим негативным факторам.

Суть процесса лазерной закалки

По сути, оборудование для закалки является генератором световых лучей. Воздействуя на поверхность изделия, часть лазерного потока проникает на небольшую глубину, где поглощается поверхностными электронами. За счет этого температура сплава резко повышается. Скорость нагрева зависит от теплопроводности металла и интенсивности воздействия лазером. Глубина воздействия составляет 0,1–1,5 мм, для некоторых материалов она может быть увеличена до 3 мм. Чтобы уменьшить отражение светового потока, зачастую применяются покрытия с низкой отражающей способностью: химические, углеродистые и прочие.

Поэтапно закалка лазером выглядит следующим образом:

  1. Поверхность материала нагревается до показателя, близкого к температуре плавления, – 900–1300 оС.

  2. В процессе нагрева атомы углерода в металле начинают менять свое положение, в результате чего запускается процесс аустенитного превращения.

  3. Когда определенная зона разогревается до установленной температуры, луч сдвигается и обрабатывает следующую область.

  4. По мере перемещения светового луча металл практически моментально остывает, эффект самоохлаждения не позволяет ему вернуться к первоначальной структуре.

В результате этого на поверхности образуется мартенсит (игольчатые зерна, представляющие собой перенасыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе), и прочность материала значительно повышается. Лазерная поверхностная закалка – управляемый процесс, который можно использовать для деталей любой конфигурации.

Применение поверхностной лазерной закалки

Лазером закаляют поверхности таких материалов, как:

  • конструкционная и инструментальная сталь;

  • науглероженная и азотированная сталь;

  • серый чугун;

  • чугун с шаровидным и пластинчатым графитом.

Главным условием для проведения термической обработки является наличие в составе достаточного количества углерода – не менее 0,22 %.

Лазерная закалка стали широко применяется в разных сферах промышленности и сельского хозяйства для придания прочности изделиям, которые работают при повышенных нагрузках и подвергаются преждевременному износу. Это могут быть:

  • цилиндрические детали – валы, кольца, втулки;

  • режущие кромки ножей;

  • медицинские инструменты;

  • резьбовые поверхности насосно-компрессорных труб;

  • штампы, ударопрочные подшипники.

Технология используется для обработки многих других узлов и компонентов, которые применяются в машиностроительной и химической промышленности.

Достоинства лазерной закалки металлов

В результате теплового воздействия на поверхности металлических изделий образуется высокодисперсная структура, которая прочнее основного материала в 2–4 раза. Перед закалкой лазером не требуется проводить сложную предварительную обработку или прогревать деталь: ее сразу помещают в оборудование и подвергают тепловому воздействию. Технология имеет и другие преимущества:

  • термообработке можно подвергать детали, имеющие миниатюрные размеры и сложную форму – цилиндрическую, коническую, сфероидальную и пр.;

  • оператор имеет возможность точечно регулировать температуру лазерного воздействия и его продолжительность;

  • выдержка необходимой температуры длится от 0,01 до 10 секунд, то есть на обработку детали средних размеров уходит в среднем 30–90 секунд (при использовании других методов упрочнения требуется гораздо больше времени на нагрев и охлаждение);

  • обработанные детали не нуждаются в финишной шлифовке;

  • в процессе обработки не выделяются вредные вещества, за счет чего воздействие на окружающую среду минимально;

  • по сравнению с другими технологиями упрочнения закалка лазером требует меньшего количества энергоресурсов, что положительно сказывается на себестоимости обработки;

  • современное лазерное оборудование оснащено мощными системами охлаждения, что позволяет ему беспрерывно работать на протяжении длительного периода времени;

  • для внесения изменения в работу техники не требуется много времени на перенастройку, достаточно нажать несколько кнопок.

По сравнению с другими видами термообработки (воздействием током высокой частоты, электронагревом, закалкой расплавом и прочими) закалка лазером – не объемный, а поверхностный процесс. Время нагрева и охлаждения минимальны, поэтому изделия сохраняют физические параметры, а риск их повреждения или деформации полностью отсутствует.

Минусы технологии

Несмотря на то что лазерная термообработка имеет множество преимуществ, она не универсальна и не способна полностью заменить комплексную химико-термическую и объемную термическую обработку, а также методы локальной термической закалки. Зона воздействия ограничивается доступом луча к поверхности, хотя сегодня этот недостаток успешно нивелируется путем использования гибких оптоволоконных систем. Глубина закалки зависит от свойств металла и в большинстве случаев не превышает 1,5 мм – этого недостаточно для качественного упрочнения элементов определенных механизмов и оборудования. Сами технологические комплексы имеют высокую стоимость, поэтому многие малые и средние предприятия не могут позволить себе их приобретение.

Если вас интересует такая услуга, как лазерная закалка стали, обращайтесь в наш производственно-внедренческий центр «Лазеры и Технологии». Мы выполняем комплексную металлообработку более 15 лет и располагаем высокотехнологичным оборудованием, которое позволяет изготавливать как крупные партии товаров, так и обрабатывать единичные изделия. Наш штат состоит из опытных специалистов, которые выполняют заказы любой сложности.