Kalenie efektívne a ekologicky pomocou laseru

Povrchové kalenie laserom je jedným z moderných spôsobov tepelného spracovania materiálu, ktorý vedie ku zvýšeniu tvrdosti a oteruvzdornosti povrchu materiálu, a tým aj ku zvýšeniu životnosti súčastí.

Základný princíp laserového kalenia spočíva v pôsobení laserového lúča na povrchovú vrstvu materiálu, ktorá sa rýchlo ohreje na danú teplotu. Lúč sa plynule pohybuje, zahrieva povrch v smere posunu a zahriate miesta sa rýchlo ochladia okolitým materiálom. Ide o proces tzv. samokalenia, pri ktorom nie je treba chladiť povrch chladiacim médiom. Ochladenie kalenej vrstvy začína v jadre materiálu a postupuje smerom von k povrchu, ktorý chladne naposledy. Vďaka vysokej rýchlosti ohrevu a rýchlemu ochladeniu vzniknú veľmi jemné štruktúry s drobnými karbidmi, krátkymi martenzitickými ihlicami a malou veľkosťou zrn. Dochádza tak k výraznému zvýšeniu tvrdosti povrchovej vrstvy pri zachovaní húževnatosti jadra a bez vnútorného pnutia.

Pri klasickom kalení (plameň, indukcie) je povrch súčasťou s najvyššou teplotou prudko ochladzovaný chladiacou kavpalinou a vzniká vysoký teplotný gradient, ktorý má za následok veľké vnútorné pnutie vedúce k tvorbe trhlín. Pre odstránenie vnútorného pnutia musí byť po kalení prevedené popustenie, ktoré vedie ku zníženiu tvrdosti kaleného povrchu. Pri povrchovom kalení laserom má najvyššiu teplotu takiež povrch súčastí, ale vďaka rýchlemu odvodu tepla do studenej matrice dochádza k postupnému vyrovnávaniu teplôt zvnútra, pnutie je minimalizované a k praskaniu nedochádza. Tepelne ovplyvnená oblasť je veľmi malá a ovplyvnenie okolného nekaleného materiálu minimálne.

Teplota kalenia materiálu je u ocelí všeobecne stanovená v kaliacom pásme podľa diagramu Fe3C, tedy 30 až 50 °C nad teplotu A_c3, avšak presnú teplotu určujú materiálové listy. Materiály vhodné k laserovému kaleniu sú tie, ktoré majú obsah uhlíka väčší než 0,2 % a taktiež liatiny. Najčastejšie sa ku kaleniu používajú ocele s obsahom uhlíka v rozmedzí 0,4 – 0,5 %. Vplyv uhlíka sa dá prípadne podporiť ďalšími prvkami ako je Mn, Cr alebo Mo. Hrúbka steny súčastí kaleného materiálu by mala byť minimálne 10x väčšia ako hrúbka kalenej vrstvy, aby sa zaistilo rýchle ochladenie kaleného materiálu.

U menších súčiastok, ktoré nemajú požadovanú hrúbku sa dá povrch ochladiť vzduchom alebo chladiacimi kvapalinami. Hĺbka zakalenej vrstvy sa nejčastejšie pohybuje medzi 0,1 – 1,5 mm. Maximálna možná hĺbka prekalenia sa pohybuje okolo 2 mm a odvíja sa od typu kaleného materiálu, jeho vodivosti, nastavenia výkonu a vlnovej dĺžky laseru. Pri použití hybridného kalenia (kombinácia laserového kalenia s induktorom) sa dá dosiahnuť prekalenie až 2,5 mm. Vo svete je táto metóda stále málo známa a firmy ju používajú len výnimočne.

Výkon laserového lúča sa dá meniť v priebehu kalenia pomocou pyrometra, ktorý meria teplotu kaleného povrchu. Tvarovo zložité výrobky (formy na odlievanie či tvárenie) sa kalia lúčom roboticky vedeného laserového zväzka po zvolenej trajektórii.

Využitie technológie laserového kalenia:

• Veľkosériová aj malosériová výroba
• Automobilový, letecký, strojárenský priemysel
• Nástrojárne
• Náhrada indukčného kalenia ozubených kolies a hriadeľov
• Kalenie nábežných hrán turbínových lopatiek, lóží obrábacích strojov, vodiacich líšt a ventilov spalovacích motorov

Výhody laserového kalenia:

• Absencie kaliacich médií a kvapalín
• Minimálna deformácia a vnútorného pnutia v materiáli
• Možnosť prekalenia iba častí povrchu výrobku
• Dosadenie vyššej jemnosti martenzitu, tvrdosť zakalenej vrstvy až o 100 HV vyššia akou iných metód kalenia
• Pri porovnaní s objemovým kalením dosahujú súčasti dlhšiu životnosť
• Spotreba elektrickej energie je 10 x nižšia ako pri použití indukcie
• Proces je veľmi ekologický

Pre ďalšie informácie o laserovom kalení nás neváhajte kontaktovať.