Laserové povrchové kalení

Laserové kalení se řadí mezi základní technologie tepelného zpracování. K ohřátí zpracovávané oblasti je využíván laserový paprsek. Vysoká energetická hustota laseru umožňuje velmi rychlý ohřev kalené oblasti nad teplotu austenitizace. Po odstranění tepelného zdroje z oblasti interakce se uplatní jev tzv. samoochlazení, povrchovou vrstvou absorbovaná tepelná energie je velmi rychle rozvedena do celého zpracovávaného dílu. Tato tepelná difuze má za následek velmi rychlý pokles teploty v kalené oblasti. Vysoký ochlazovací gradient má za následek dosažení jemnozrnné martenzitické struktury o velmi vysoké tvrdosti, což je spolu s absencí chladícího media a snadnou automatizací hlavní výhodou v porovnání s konvenčními metodami kalení. Oblast vzniku zakalené struktury je omezena na povrchovou vrstvu o max. tloušťce okolo 2 mm, proto se laserové kalení řadí mezi povrchová zpracování.

Výhody

  • Vytvoření tvrdého otěruodolného povrchu na houževnatém jádře
  • Možnost selektivního povrchového kalení součástí nejrůznějších tvarů
  • Malé tepelné ovlivnění a minimální deformace zpracovávaných součástí
  • Použitelné pro konvenčně kalitelné materiály
  • Vlivem velmi rychlého ochlazování lze dosáhnout velmi vysoké povrchové tvrdosti
  • Vlastní proces je rychlý, čistý a snadno ovladatelný

Metody laserového povrchového kalení

Kalení širokým svazkem

Jak je již z názvu patrné, tato metoda využívá laserového svazku větších rozměrů (řádově 10ky mm) a hodí se zejména pro zpracování rozsáhlejších ploch bez významných geometrických členitostí. Při kalení větších ploch je potřeba stopy vzájemně překrývat. V oblasti “překryvu“ vzniká měkčí popuštěná struktura. Takto zpracovaný díl velmi dobře obstojí v aplikacích, kde je vyžadována otěru-odolnost, avšak dynamické namáhání v popuštěné oblasti může mít za následek nenávratné znehodnocení součásti.

Kalení skenováním

Hlavní odlišností od standardního kalení je použití skenovací optiky. Té se využívá k tvorbě libovolně složitého kalícího obrazce v pracovním poli. Kalicí obrazec je následně vyskenován laserovým svazkem. Úzký laserový paprsek je vysokou rychlostí rozkmitán ve směru kolmém ke směru zpracování. Amplitudu kmitů lze volit v poměrně širokém rozsahu. Parametry zpracování lze velice snadno měnit i během procesu, a tak je přímo přizpůsobit členité geometrii zpracovávaného dílu. Metoda je vhodná zejména pro nepříliš rozměrné díly, u kterých je potřeba zpracování složitých ploch.

Materiály

  • Standardními metodami kalitelné materiály – oceli (od cca 0,2 % C), litiny
  • Předzpracování – normalizační žíhání (zjemnění zrn)
  • Často používané pro laserové kalení – ČSN 19313, 16343, 15142, 12050, 42CrMo4, 42CrMo4V, GGG 70 a další