Principiul, caracteristicile și aplicarea tehnologiei de stingere cu laser

Călirea cu laser este un proces de ultimă generație care utilizează fascicule laser de înaltă energie pentru a încălzi suprafețele materialelor dincolo de punctele lor de tranziție de fază. Pe măsură ce materialul se răcește în mod natural, austenita se transformă în martensită, creând un strat întărit cu o duritate și o rezistență la uzură excepționale pe suprafața produsului. Această tehnică modifică semnificativ microstructura și proprietățile suprafețelor pieselor de prelucrat fără a compromite performanța generală a materialului de bază, obținând o creștere localizată a rezistenței prin procesare termică controlată.

Caracteristicile călirii suprafeței cu laser includ:

Densitate mare de putere: călirea suprafeței cu laser utilizează un fascicul laser focalizat ca sursă de căldură pentru a încălzi rapid suprafața piesei de prelucrat și a forma austenită.

Încălzire și răcire rapidă: Procesul realizează o încălzire rapidă în câteva secunde (de obicei 0,01-0,001 secunde), reducând la minimum deformarea piesei de prelucrat. Această metodă de călire curată și eficientă elimină necesitatea utilizării apei sau uleiului ca agenți de răcire. Comparativ cu procesele de călire prin inducție, călire cu flacără și carburare, călirea cu laser oferă un strat călit uniform, cu o duritate superioară (de obicei cu 1-3HRC mai mare decât călirea prin inducție).

Deformare minimă a piesei: Procesul rapid de încălzire și răcire minimizează deformarea piesei de prelucrat, permițând un control precis al adâncimii și traiectoriei de încălzire. Acest lucru permite automatizarea fără a fi necesare bobine de inducție personalizate pentru diferite dimensiuni ale pieselor, așa cum este necesar în cazul călirii prin inducție. De asemenea, elimină limitările de dimensiune a cuptorului asociate cu tratamentele termice chimice, cum ar fi carburarea și călirea pentru componente mari. În consecință, călirea cu laser înlocuiește din ce în ce mai mult metodele tradiționale, cum ar fi călirea prin inducție și tratamentul termic chimic, în diverse aplicații industriale. În special, călirea cu laser provoacă o deformare neglijabilă a materialului înainte și după tratament. Pentru piesele metalice la temperaturi ridicate, unde temperaturile de călire se potrivesc îndeaproape cu punctele de topire, călirea suprafeței pe bază de inducție deteriorează adesea colțurile sau zonele neregulate, ducând la deșeuri. Călirea suprafeței cu laser evită complet această limitare.

Prin urmare, este deosebit de potrivit pentru tratarea suprafeței pieselor cu cerințe de precizie ridicată. Piesa de prelucrat tratată nu necesită șlefuire și poate fi utilizată ca ultim proces de finisare.

Potrivit pentru forme complexe: Poate fi utilizat pentru componente cu forme complexe, cum ar fi găuri înfundate, găuri interne, caneluri mici, piese cu pereți subțiri etc. Versatilitate mare: Datorită adâncimii mari de focalizare a laserului, nu există restricții stricte privind dimensiunea, dimensiunile sau suprafața pieselor în timpul călirii. În schimb, călirea existentă de frecvență medie-înaltă necesită senzori de inducție personalizați pentru diverse piese;

Adâncimea straturilor călite cu laser variază de obicei între 0,3 și 2,0 mm, în funcție de factori precum compoziția materialului, specificațiile, caracteristicile suprafeței și parametrii cheie de procesare. Atunci când se efectuează tratamente de călire pe gâturile arborelui angrenajelor mari de transmisie sau pe componentele arborelui motorului, rugozitatea suprafeței rămâne în esență neschimbată. Acest lucru elimină necesitatea prelucrării ulterioare pentru a îndeplini cerințele operaționale specifice.

Călirea cu laser utilizează două metode de scanare: scanarea cu bandă îngustă cu spoturi circulare sau dreptunghiulare și scanarea cu bandă largă folosind spoturi liniare. Lățimea zonei călite în scanarea cu bandă îngustă se potrivește îndeaproape cu diametrul spotului, de obicei în limita a 5 mm. Pentru aplicațiile de călire pe suprafețe mari, sunt necesare scanări secvențiale unde zonele suprapuse creează benzi de înmuiere temperate. Lățimea acestor benzi depinde de caracteristicile spotului, spoturile dreptunghiulare uniforme producând în general benzi mai mici. Pentru a atenua efectele adverse ale benzilor de înmuiere, se utilizează tehnologia de scanare cu bandă largă. Această metodă transformă spoturile circulare focalizate în spoturi liniare, extinzând semnificativ lățimea de scanare.

Cercetarea, dezvoltarea și aplicarea tehnologiei de călire cu laser se află în prezent într-o fază ascendentă, deși persistă provocări în prelucrarea pieselor de prelucrat cu forme complexe. Cu toate acestea, ca inovație de ultimă generație în tratarea termică, călirea cu laser permite atingerea unor obiective tehnice pe care metodele tradiționale de călire superficială se luptă să le atingă. În special, acest proces elimină necesitatea mediilor de răcire în timpul producției, aliniindu-se cu angajamentul industriei globale față de standardele de „fabricație cu oxidare redusă și ecologică”. Se dovedește deosebit de eficient pentru tratamentul termic superficial al diferitelor componente mecanice, inclusiv muchiile sculelor așchietoare, suprafețele de etanșare a supapelor, angrenajele mici, matrițele miniaturale, piesele auto, inelele de angrenaj, ghidajele mașinilor-unelte, arborii motorului și arborii reductorilor.