Laserkarastamine on tööstuslik pinnatöötlusprotsess, mis kasutab suure võimsusega laserkiirt metallosade kiireks kuumutamiseks ja seejärel kustutamiseks, et suurendada kõvadust ja kulumiskindlust.Sisemine laserkarastamineviib selle protsessi metallosade sisemusse, et selektiivselt kõvendada sisemisi auke ja õõnsusi. Kuigi mõlemad meetodid põhinevad materjali omaduste muutmisel laserenergial, on nende mehhanismid ja rakendused erinevad.
Selles artiklis uurime esmalt tavalist laserkarastamist ja seejärel uurime, mis teeb sisemise laserkarastamise ainulaadseks. Võrdleme iga protsessi kuumutamismeetodeid, kõvenemissügavust, saavutatavat kõvadust, mõjutatud mikrostruktuure, piiranguid ja ideaalseid rakendusi. Nende kahe laseripõhise lähenemisviisi võimaluste mõistmine annab ülevaate sellest, milline tehnika sobib konkreetsete kõvadusnõuete jaoks kõige paremini.
Laserkarastamise ülevaade
Laserkarastamine ehk laserpinna karastamine on väljakujunenud termiline protsess, mida kasutatakse metallkomponentide pindade kõvaduse ja vastupidavuse suurendamiseks. Suure võimsusega laser soojendab täpselt töödeldava detaili pealmise kihi sulamisbasseiniks, mis seejärel kiiresti hajub ja kustutab.
See äärmuslik termiline gradient kutsub esile martensiitsed mikrostruktuurilised muutused, mis annavad 2–5 korda suurema pinna kareduse. Peamised kaasatud mehhanismid hõlmavad järgmist:
- Õhukese pinnakihi kiire sulamine ja tahkumine
- Vähendatud pehmemate faaside, nagu ferriit/perliit, moodustumist
- Martensiitse mikrostruktuuri moodustumine kiirel kustutamisel
- Tahke lahuse tugevdamine karbiidi lahustumisest
- Martensiidi teraline rafineerimine
Laserkarastamine tagab valikulise karastamise ainult seal, kus see on vajalik, minimaalse moonutuse ja ühtlase tulemuse. Piirangud hõlmavad vaatevälja nõudeid ja peamiselt pinna kõvenemist.
Kuidas sisemine laserkarastamine erineb
Sisemine laserkarastamine töötati välja selleks, et ületada tavapärase laserkarastamise vaatevälja piirangud. See võimaldab sisemise laserkiire abil valikuliselt karastada avade, õõnsuste ja süvendite sees olevaid pindu.
Laserkiir edastatakse fiiberoptiliste kaablite kaudu siseruumi. Seejärel suunab teravustamislääts töödeldava detaili pöörlemisel kiire sisepinnale. See võimaldab kõveraid sisegeomeetriaid kõvastada ilma otsese välise vaateväljata.
Peamised erinevused võrreldes välise laserkarastusega on järgmised:
- Kuni 60mm siseläbimõõduga sisepindade karastamine
- Kitsas ruumis nõutav väiksem võimsustihedus
- Suurenenud kõvenemissügavus kuni 6 mm pinnast
- Võime karastada nõgusaid ja külgseinapindu
- Minimaalne välimine kuumenemine või värvimuutus
- Piiratud silindriliste pindade ja geomeetriaga
- Toetub vähem väljakujunenud kiudlasertehnoloogiale
Sügavamad kõvenemisefektid tulenevad laseriga kokkupuuteaja pikenemisest pöörleva sisepinna igas osas. See võimaldab soojusel tungida veelgi sissepoole.
Saavutatav kõvadus ja mõjutatud metallipind
Tavalise laserkarastamise korral soojendab suur võimsustihedus kiiresti õhukese kihi, mille sügavus on alla 1 mm, enne kui see hajub jahedamasse alusmetalli. Selle tulemuseks on kõvenemine peamiselt 0.1-0,5 mm raadiuses ülemisest pinnast. Kõvadus on sõltuvalt metallisulamist vahemikus 50 kuni 70 HRC.
Sisemine laserkarastamine võib tekitada kõvadust kuni 60 HRC mitu millimeetrit pinna all. Suurenenud kõvenemissügavus on kasulik rakendustes, kus pinna all on vaja suuremat kulumiskindlust. Kõvadusest mõjutatud tsoon on aga endiselt lokaliseeritud nagu laserkarastamisel.
Mikrostruktuurilised muutused
Mõlema protsessi korral kutsub pinna kiire kuumutamine ja jahutamine esile martensiitse mikrostruktuuri moodustumise. See asendab pehmema perliiti ja ferriiti, et suurendada kõvadust ja tugevust. Esinevad terade rafineerimise, karbiidi muundamise ja tahke lahuse tugevdamise mehhanismid.
Erinevus seisneb sügavuses, et need mikrostruktuurilised muutused ulatuvad pinnast allapoole, olles sisemise laserkõvenemisega palju sügavamad. Siiski on saavutatud kõvadusaste lõpuks võrreldav.
Ideaalsed rakendused ja piirangud
Väline laserkarastamine sobib hästi lamedate või kontuuridega väliskomponentide pindade puhul. Sisemine laserkarastamine võimaldab spetsiaalselt sisemisi silindrilisi auke ja õõnsusi ilma lahti võtmata valikuliselt karastada.
Näidisrakendused hõlmavad järgmist:
Laserkarastamine – Hammasrattad, võllid, ventiilid, turbiinilabad, pressstantsid
Sisemine laserkarastamine – mootorisilindrid, püstolitorud, hüdrosilindrid, ekstruuderitorud, laagrirattad
Piirangud hõlmavad nõudeid otsesele vaateväljale juurdepääsule laserkarastamisel ja spetsiifilist silindrilist geomeetriat sisemise karastamise korral. Alternatiivsed meetodid võivad keerukate kujundite puhul paremini töötada.
Kokkuvõtteks võib öelda, et sisemine laserkarastamine pakub spetsiaalset võimalust sisepindade kõvendamiseks väljaspool välise laserkarastamise ulatust. Võrdlevate eeliste ja piirangute mõistmine aitab kindlaks teha, milline laserkarastusviis on soovitud kõvenemiskoha, sügavuse ja komponendi geomeetria põhjal optimaalne. Nüüd on saadaval kaks laseripõhist valikut, et insenerid saaksid määrata iga rakenduse kõvaduse jaoks parima tehnika.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on kõrgtehnoloogiline ettevõte, mis on spetsialiseerunud automaatsete laserkattemasinate, kiire laserkattemasina, laserkarastusmasina, laserkeevitusmasina ja laser-3D-printimise seadmete uurimis- ja arendustegevusele, tootmisele ja müügile. Meie tooted on kulutõhusad ja neid müüakse nii kodu- kui välismaal. Kui olete meie toodetest huvitatud, võtke meiega ühendust aadressilbob@gshenglaser.com.