Làm cứng bằng laser là một quy trình xử lý bề mặt công nghiệp sử dụng chùm tia laser công suất cao để làm nóng nhanh và sau đó làm nguội các bộ phận kim loại để tăng độ cứng và chống mài mòn.Làm cứng bằng laser bên trongđưa quá trình này vào bên trong các bộ phận kim loại để làm cứng có chọn lọc các lỗ và khoang bên trong. Mặc dù cả hai phương pháp đều dựa vào năng lượng laser để biến đổi các đặc tính của vật liệu nhưng cơ chế và ứng dụng của chúng lại khác nhau.
Trong bài viết này, trước tiên chúng ta sẽ xem xét quá trình làm cứng bằng laser thông thường và sau đó khám phá điều gì làm cho quá trình làm cứng bằng laser bên trong trở nên độc đáo. Chúng ta sẽ so sánh các phương pháp gia nhiệt, độ sâu làm cứng, độ cứng có thể đạt được, các cấu trúc vi mô bị ảnh hưởng, các hạn chế và ứng dụng lý tưởng của từng quy trình. Hiểu được khả năng của hai phương pháp dựa trên laser này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về kỹ thuật nào hoạt động tốt nhất cho các yêu cầu về độ cứng cụ thể.
Tổng quan về làm cứng bằng laser
Làm cứng bằng laser, hay làm cứng bề mặt bằng laser, là một quá trình nhiệt được thiết lập tốt được sử dụng để tăng độ cứng và độ bền của bề mặt thành phần kim loại. Tia laser công suất cao làm nóng chính xác lớp trên cùng của phôi thành một bể tan chảy, sau đó nhanh chóng tiêu tan và nguội đi.
Độ dốc nhiệt cực cao này gây ra sự biến đổi cấu trúc vi mô martensitic mang lại độ cứng bề mặt lớn hơn từ 2 đến 5 lần. Các cơ chế chính liên quan bao gồm:
- Nhanh chóng tan chảy và đông cứng của một lớp bề mặt mỏng
- Ngăn chặn sự hình thành các pha mềm hơn như ferit/pearlite
- Sự hình thành vi cấu trúc Martensitic trong quá trình làm nguội nhanh
- Tăng cường dung dịch rắn từ quá trình hòa tan cacbua
- Tinh chế hạt martensite
Làm cứng bằng laser chỉ cung cấp khả năng làm cứng có chọn lọc khi cần thiết, độ biến dạng tối thiểu và kết quả nhất quán. Những hạn chế bao gồm các yêu cầu về tầm nhìn và chủ yếu là các hiệu ứng làm cứng bề mặt.
Làm cứng bằng laser bên trong khác nhau như thế nào
Làm cứng bằng laser bên trong được phát triển để khắc phục những hạn chế về tầm nhìn của việc làm cứng bằng laser thông thường. Nó cho phép các bề mặt bên trong lỗ khoan, hốc và vết lõm được làm cứng có chọn lọc bằng cách sử dụng chùm tia laser bên trong.
Chùm tia laser được truyền qua cáp quang vào không gian bên trong. Sau đó, một thấu kính hội tụ sẽ hướng chùm tia vào khu vực bề mặt bên trong khi phôi quay. Điều này cho phép các hình học cong bên trong được làm cứng mà không cần có đường ngắm trực tiếp bên ngoài.
Sự khác biệt chính so với phương pháp làm cứng bằng laser bên ngoài bao gồm:
- Làm cứng bề mặt bên trong có đường kính bên trong lên tới 60mm
- Yêu cầu mật độ năng lượng thấp hơn trong không gian hạn chế
- Tăng độ sâu làm cứng lên tới 6 mm tính từ bề mặt
- Có khả năng làm cứng bề mặt lõm và thành bên
- Giảm thiểu sự nóng lên hoặc đổi màu bên ngoài
- Hạn chế đối với bề mặt hình trụ và hình học
- Dựa vào công nghệ laser sợi quang ít được thiết lập
Hiệu ứng làm cứng sâu hơn là do thời gian tiếp xúc với tia laser tăng lên trên từng phần của bề mặt quay bên trong. Điều này cho phép nhiệt thâm nhập sâu hơn vào bên trong.
Độ cứng đạt được và diện tích kim loại bị ảnh hưởng
Trong quá trình làm cứng bằng laser tiêu chuẩn, mật độ năng lượng cao làm nóng nhanh chóng một lớp mỏng có độ sâu dưới 1mm trước khi tiêu tan vào lớp kim loại mát hơn bên dưới. Điều này dẫn đến sự cứng lại chủ yếu trong phạm vi 0.1-0,5mm của bề mặt trên cùng. Độ cứng dao động từ 50 đến 70 HRC tùy thuộc vào hợp kim kim loại.
Làm cứng bằng laser bên trong có thể tạo ra độ cứng lên tới 60 HRC vài mm dưới bề mặt. Độ sâu đông cứng tăng lên rất hữu ích cho các ứng dụng cần có khả năng chống mài mòn cao hơn dưới bề mặt. Tuy nhiên, vùng bị ảnh hưởng bởi độ cứng vẫn cục bộ giống như khi làm cứng bằng laser.
Thay đổi cấu trúc vi mô
Trong cả hai quá trình, sự gia nhiệt và làm nguội bề mặt nhanh chóng tạo ra sự hình thành cấu trúc vi mô martensitic. Điều này thay thế ngọc trai và ferit mềm hơn để tăng độ cứng và sức mạnh. Các cơ chế sàng lọc hạt, biến đổi cacbua và tăng cường dung dịch rắn xảy ra.
Sự khác biệt nằm ở độ sâu mà những thay đổi cấu trúc vi mô này kéo dài bên dưới bề mặt, sâu hơn nhiều khi được làm cứng bằng laser bên trong. Tuy nhiên, mức độ cứng đạt được cuối cùng có thể so sánh được.
Ứng dụng lý tưởng và hạn chế
Làm cứng bằng laser bên ngoài hoạt động tốt đối với các bề mặt thành phần bên ngoài phẳng hoặc có đường viền. Làm cứng bằng laser bên trong đặc biệt cho phép các lỗ và khoang hình trụ bên trong được làm cứng có chọn lọc mà không cần tháo rời.
Các ứng dụng ví dụ bao gồm:
Làm cứng bằng laser - Bánh răng, trục, van, cánh tuabin, khuôn ép
Làm cứng bằng laser bên trong - Xi lanh động cơ, nòng súng, xi lanh thủy lực, thùng máy đùn, vòng bi
Các hạn chế bao gồm các yêu cầu về khả năng tiếp cận theo đường ngắm trực tiếp trong quá trình làm cứng bằng laser và hình học hình trụ cụ thể để làm cứng bên trong. Các phương pháp thay thế có thể hoạt động tốt hơn đối với các hình dạng phức tạp.
Tóm lại, quá trình làm cứng bằng laser bên trong cung cấp khả năng chuyên biệt để làm cứng các bề mặt bên trong ngoài tầm với của quá trình làm cứng bằng laser bên ngoài. Hiểu được những lợi thế và hạn chế so sánh giúp xác định phương pháp làm cứng bằng laser nào là tối ưu dựa trên vị trí, độ sâu và hình dạng thành phần mong muốn. Với hai tùy chọn dựa trên laser hiện có sẵn, các kỹ sư có thể chỉ định kỹ thuật tốt nhất cho nhu cầu về độ cứng của từng ứng dụng.
Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉbob@gshenglaser.com.