Načelo, značilnosti in uporaba tehnologije laserskega kaljenja
Lasersko kaljenje je najsodobnejši postopek, ki uporablja visokoenergijske laserske žarke za segrevanje površin materiala preko njihovih faznih prehodov. Ko se material naravno ohladi, se avstenit pretvori v martenzit, kar na površini izdelka ustvari utrjeno plast z izjemno trdoto in odpornostjo proti obrabi. Ta tehnika bistveno spremeni mikrostrukturo in lastnosti površin obdelovanca, ne da bi pri tem ogrozila splošno zmogljivost osnovnega materiala, s čimer doseže lokalno povečanje trdnosti z nadzorovano toplotno obdelavo.
Značilnosti laserskega površinskega kaljenja vključujejo:
Visoka gostota moči: lasersko površinsko kaljenje uporablja fokusiran laserski žarek kot vir toplote za hitro segrevanje površine obdelovanca in tvorbo avstenita.
Hitro segrevanje in hlajenje: Postopek doseže hitro segrevanje v nekaj sekundah (običajno 0,01–0,001 sekunde), kar učinkovito zmanjša deformacijo obdelovanca. Ta čista in učinkovita metoda kaljenja odpravlja potrebo po vodi ali olju kot hladilnih sredstvih. V primerjavi s postopki indukcijskega kaljenja, kaljenja s plamenom in cementiranja lasersko kaljenje zagotavlja enakomerno utrjeno plast z vrhunsko trdoto (običajno 1–3 HRC višjo kot indukcijsko kaljenje).
Minimalna deformacija dela: Hiter postopek segrevanja in hlajenja zmanjša deformacijo obdelovanca, kar omogoča natančen nadzor nad globino in trajektorijo segrevanja. To omogoča avtomatizacijo brez potrebe po indukcijskih tuljavah po meri za različne velikosti delov, kot je potrebno pri indukcijskem kaljenju. Prav tako odpravlja omejitve velikosti peči, povezane s kemičnimi toplotnimi obdelavami, kot sta cementiranje in kaljenje za velike komponente. Posledično lasersko kaljenje vse bolj nadomešča tradicionalne metode, kot sta indukcijsko kaljenje in kemična toplotna obdelava, v različnih industrijskih aplikacijah. Predvsem lasersko kaljenje povzroča zanemarljivo deformacijo materiala pred in po obdelavi. Pri visokotemperaturnih kovinskih delih, kjer se temperature kaljenja tesno ujemajo s tališčem, indukcijsko površinsko kaljenje pogosto poškoduje vogale ali nepravilna območja, kar vodi v odpadke. Lasersko površinsko kaljenje se tej omejitvi v celoti izogne.
Zato je še posebej primeren za površinsko obdelavo delov z visokimi zahtevami glede natančnosti. Obdelanega obdelovanca ni treba brusiti in se lahko uporabi kot zadnji postopek končne obdelave.
Primerno za kompleksne oblike: Uporablja se lahko za komponente kompleksnih oblik, kot so slepe luknje, notranje luknje, majhni utori, tankostenski deli itd. Velika vsestranskost: Zaradi velike globine laserskega ostrenja ni strogih omejitev glede velikosti, dimenzij ali površine delov med kaljenjem. Nasprotno pa obstoječe srednje-visokofrekvenčno kaljenje zahteva indukcijske senzorje po meri za različne dele;
Globina lasersko utrjenih slojev se običajno giblje v območju od 0,3 do 2,0 mm, odvisno od dejavnikov, kot so sestava materiala, specifikacije, značilnosti površine in ključni parametri obdelave. Pri kaljenju vratov gredi velikih menjalnikov ali komponent motorne gredi hrapavost površine ostane v bistvu nespremenjena. To odpravlja potrebo po naknadni obdelavi za izpolnjevanje posebnih operativnih zahtev.
Pri laserskem kaljenju se uporabljata dve metodi skeniranja: ozkopasovno skeniranje s krožnimi ali pravokotnimi pikami in širokopasovno skeniranje z linearnimi pikami. Širina utrjene cone pri ozkopasovnem skeniranju se tesno ujema s premerom pike, običajno znotraj 5 mm. Za aplikacije kaljenja na velikih površinah so potrebna zaporedna skeniranja, kjer prekrivajoča se območja ustvarjajo popuščene mehčalne pasove. Širina teh pasov je odvisna od značilnosti pike, pri čemer enakomerne pravokotne pike običajno ustvarjajo manjše pasove. Za ublažitev negativnih učinkov mehčalnih pasov se uporablja tehnologija širokopasovnega skeniranja. Ta metoda pretvori fokusirane krožne pike v linearne, kar znatno poveča širino skeniranja.
Raziskave, razvoj in uporaba tehnologije laserskega kaljenja so trenutno v naraščajoči fazi, čeprav pri obdelavi obdelovancev kompleksnih oblik še vedno obstajajo izzivi. Vendar pa lasersko kaljenje kot vrhunska inovacija na področju toplotne obdelave omogoča doseganje tehničnih ciljev, ki jih tradicionalne metode površinskega kaljenja težko dosežejo. Omeniti velja, da ta postopek odpravlja potrebo po hladilnih medijih med proizvodnjo, kar je v skladu z zavezanostjo svetovne industrije standardom "nizke oksidacije in okolju prijazne proizvodnje". Izkazalo se je za še posebej učinkovito pri površinski toplotni obdelavi različnih mehanskih komponent, vključno z robovi rezalnih orodij, tesnilnimi površinami ventilov, majhnimi zobniki, miniaturnimi kalupi, avtomobilskimi deli, zobniškimi obroči, vodili obdelovalnih strojev, gredmi motorjev in reduktorskimi gredmi.