Tribotechnické listy

 

 

Laserové zpracování materiálu

Doba, kdy se laser témىř výhradně používal pro řezání, značení a svařování je nenávratně pryč. Do povědomí konstruktérů a především technologů průmyslových firem se dostává možnost zlepšení povrchových vlastností kovových dílů laserovým zpracováním. Pomocí laserového paprsku lze zvyšovat tvrdost povrchu a tím i jeho odolnost vůči opotřebení, vytvářet korozivzdorné, žáruvzdorné a otěruvzdorné vrstvy.

Laserové povrchové kalení

Laserové povrchové kalení je v současné době nejmodernější technologií povrchového tepelného zpracování. Přednosti oproti kalení indukcí nebo plamenem spočívají především v nízkém tepelném ovlivnění kaleného materiálu, minimálních deformacích a vysoké kvalitě povrchu. Celý proces je automatizovaný, teplota kalení je snímána pyrometrem a regulována v průběhu celého procesu zpracování. Tím je zajištěno dosažení rovnoměrné tvrdosti povrchu i požadované hloubky prokalení. Výhodou je možnost lokálního kalení, kdy se zvyšuje tvrdost pouze nejvíce namáhaných míst součásti. Laserový paprsek je veden 3D robotickým manipulátorem, jehož dráhu lze plně programovat, a tudíž žádný tvar není překážkou.

 


Přednosti a limity laserového kalení jsou dány samotným principem této technologie. Laserový paprsek je materiálem absorbován a jeho energie se převádí na teplo. V okamžiku, kdy na dané místo již nedopadá laserové záření, dochází k zakalení povrchu odvodem tepla do materiálu. Proces ochlazování je zde tedy opačný než v případě konvenčních metod povrchového tepelného zpracování - povrch není vystaven teplotním rázům. Množství vneseného tepla je díky vysoké výkonové hustotě laserového svazku a rychlosti celého procesu minimální. Výsledkem je kvalitní povrch, s minimálním přídavkem na následné obrobení.  Součásti volných rozměrů se neobrábí vůbec, vzniklou oxidickou vrstvu lze odstranit ručním přeleštěním. Maximální hloubka kalení se pohybuje na hranici 2 mm. Tento limit je dán fyzikálním principem technologie laserového kalení, kdy k zakalení povrchu dochází odvodem tepla do součásti. K tomu je potřebný určitý teplotní gradient, který s ohledem na kalící teplotu a krátkou dobu působení laserového záření nelze zajistit ve větších hloubkách.

 

 

Nejčastěji se laserem povrchově kalí formy pro lisování a tažení plechů, hrany střižných nástrojů, drážky lanovnic, hřídele v místech pod ložisky, ozubená kola, kladky a další součásti. Kalit je možné jak ocel, tak i litinu. V případě ocelí je nejlepším výchozím stavem součást po zušlechtění. Vzhledem k příznivější mikrostruktuře je možné součást kalit na vyšší tvrdost. Konstrukční oceli se běžně kalí na tvrdosti kolem 55 HRc, nástrojové oceli až na tvrdost 62 HRc. V případě litinových součástí je hlavním parametrem ovlivňujícím výslednou tvrdost množství perlitu v základní matrici, především jeho rovnoměrné rozložení. U litin s feritickou matricí se dosahuje tvrdostí  45 - 50 HRc, na druhé straně u odlitků s čistě perlitickou strukturou (např. GGG 70) se hodnoty tvrdosti pohybují až kolem 65 HRc.

 


Laserové navařování / povlakování

Laserové navařování / povlakování známé také pod pojmem laser cladding je novou technologií v oblasti nanášení vrstev a vytváření návarů. Tuto technologii lze použít jak pro zlepšení vlastností dílů nových, tak k opravě dílů provozovaných. Na rozdíl od známého ručního navařování pulsním laserem, kterým se opravují drobné licí vady    a defekty, se laser cladding používá spíše pro souvislejší plochy. Celý proces je plně automatizovaný. Přídavný materiál ve formě prášku je souběžně s laserovým paprskem směrován na povrch deponované součásti. Prášek se interakcí s laserovým paprskem nataví ještě před dopadem na povrch, kde díky stále působícímu laserovému záření dojde k jeho metalurgickému propojení s částečně nataveným podkladem. Nanášené vrstvy se tak vyznačují vysokou přilnavostí a nulovou pórovitostí. Takto je možné vytvářet antikorozní, otěruvzdorné nebo žáruvzdorné vrstvy a povlaky. Opravovat lze např. opotřebená místa hřídelí, typicky pod ložisky, nebo zachránit díly špatně obrobené. Obvyklá tloušťka nanesené vrstvy se pohybuje v rozmezí 0,2 - 2 mm, přičemž vrstvy lze klást na sebe až do několika centimetrové výšky. Kvalitní nanášení vrstev umožňuje jejich obrábění frézkou či soustruhem. Broušení se volí u tvrdých  a tudíž hůře obrobitelných vrstev nebo jako finální úprava povrchu.

Přetavování povrchu laserem
Přetavování povrchu laserem má technologicky nejblíže k laserovému kalení. Povrch se zde však neohřívá na kalící teplotu, ale na teplotu tavení. Díky vysoké výkonové hustotě laserového svazku dochází k velmi rychlému natavení povrchu a opětovnému ztuhnutí v okamžiku, kdy laserové záření přestane působit. Právě rychlost tohoto procesu je klíčová a umožňuje zlepšovat povrchové vlastnosti kovových materiálů. Vzniká tak jemnozrnná mikrostruktura přetavené vrstvy, která vykazuje větší homogennost než výchozí materiál. Tímto způsobem se zvyšuje odolnost povrchu litinových dílů proti opotřebení, nebo např. korozní odolnost nerezových ocelí. Tento proces lze použít také jako náhradu kalení u materiálů, které nevykazují martenzitickou transformaci - např. některé typy korozivzdorných ocelí.

 


Karel Štěpán, Michal Míšek, MATEX PM

www.matexpm.com

info@matexpm.com

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
3 + 3 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd