Лазерная поверхностная закалка инструмента

Заказать

Лазерная закалка — надежный способ повысить прочность деталей, работающих в условиях трения. Он отличается:

локальным воздействием и не изменяет геометрию детали;
обработкой труднодоступных мест;
обработкой без оплавления поверхности, поэтому не требует полировки и шлифовки после упрочнения;
высокой твердостью и износостойкостью обработанной поверхности.

Готовое изделие получается прочным, устойчивым к коррозии и механическим воздействиям. Мы работаем на собственном производстве или устанавливаем оборудование на территории заказчика.

Вопрос:

Какова глубина упрочненного слоя при лазерной закалке сталей?

Ответ:

– в режиме автозакалки глубина в среднем составляет 0,6-0,7 мм и зависит от углеродного эквивалента и прокаливаемости стали. Наибольшая глубина не превышает 1,0 мм;

– в режиме термоциклирования глубина не превышает 1,5 мм и зависит от углеродного эквивалента и прокаливаемости стали.

Лазерную закалку применяют:

в медицине (поверхностная закалка инструмента: закалка режущих кромок, закалка ножей — с целью упрочнения инструментов);
в машиностроении (упрочнение турбинных лопаток, валов двигателей, подшипников, штампов и пресс-форм);
в нефте-газовой промышленности (закалка резьб труб НКТ);
в других отраслях промышленности (закалка зубчатых колес, деталей насосов и других быстроизнашивающихся элементов).

Примеры применения закалки на производстве:

завод ЗИЛ, закалив коленвалы, поднял ресурс узла в несколько раз;
на ВАЗе закаливали лазером чугунные торцевые крышки роторных двигателей, что повысило в 2,5 раза срок службы;
в западных компаниях принято закаливать колёса вагонов, цилиндры и поршни двигателей внутреннего сгорания для того, чтобы повысить износостойкость;
в фирме General Motors (США) лазерной термообработке подвергаются корпуса картера автомобиля. 15 лазерных технологических установок автоматически обрабатывают 30 000 картеров рулевого управления в сутки, при этом их износостойкость повышается в 10 раз, срок службы — в 5 раз. Устранение деформаций и последующего шлифования позволило сократить расходы на 80%.

Преимущества

Высокая точность Глубина закаленного слоя составляет 3 — 150 мкм.

ПрочностьВ 3-8 раз повышается износостойкость.

Закалка любой сложностиИспользование в труднодоступных местах.

Компьютерное управлениеБыстрое программное управление процессом.

Григорьев Анатолий Аркадьевич
начальник отдела лазерной сварки и наплавки

+7 904 615 65 55

Пример из нашей практики:
поверхностная закалка стали с углеродным эквивалентом >0,45 и твердостью 10 HRC

Закалка проводилась на лазере с мощностью 2,5 кВт, в атмосферных условиях, коэффициент перекрытия упрочненных дорожек — 0,5.

Параметры	До закалки	После закалки
Твердость	10 HRC	55 HRC
Шероховатость поверхности Ra	0,732 мкм	0,515 мкм
Шероховатость поверхности Rz	4,801 мкм	3,563 мкм

Средняя глубина упрочненного слоя при этом 0,6 мм;

Таким образом, нам удалось повысить твердость поверхности в 5,5 раз. В дополнение, уменьшенная шероховатость снижает вероятность возникновения поверхностных усталостных трещин.

Методом лазерной закалки можно укрепить практически любые поверхности металлических деталей, кроме тех, что уже подвергались термической обработке. Например, лазерная закалка
инструмента из быстрорежущих сталей в 2-3 раза повышает стойкость.

Сравнение лазерной закалки с закалкой ТВЧ

Подробное сравнение различных видов термоупрочнения сталей опубликовано в техническом отчете-статье, составленом на примере закалки деталей режущих аппаратов
сельскохозяйственных машин.

Статья-отчет

Ниже рассмотрим основные характеристики лазерной закалки и закалки ТВЧ:

	Лазер	ТВЧ
Подготовительная и пост-обработка	Перед закалкой необходима очистка от ржавчины и окалины	После закалки требуется термическая обработка (отпуск) и промывка
Охлаждение	Не требуется, так как скорость отвода тепла вглубь поверхности достигает 10³—10⁴ ^оС/с	Водяное охлаждение. В местах удара воды о поверхность могут возникать микротрещины, недопустимые на готовом изделии
Детали сложной формы	Необходим доступ лазерного луча к закаливаемой поверхности. Но эта сложность в большинстве случаев решается применением специальной оптики и гибких оптоволоконных систем доставки луча лазера в зону обработки	Для деталей сложной геометрической формы изготовление индуктора сложно или практически невозможно. На деталях с острыми углами, резкими геометрическими переходами, глубокими впадинами не удается получить закаленный слой равномерной толщины
Глубина закалки	Зависит от теплофизических характеристик стали (прокаливаемости) и обычно не превышает 1,0–1,5 мм, что бывает недостаточно для упрочнения деталей машин и механизмов	В среднем достигает 2–3 мм. Чем больше глубина закаленного слоя, тем большие деформации возможны
Деформация детали	Деформации отсутствуют или минимальны, геометрические размеры деталей сохраняются в пределах допусков	Вызывает небольшие деформации и коробление деталей, особенно при односторонней поверхностной закалке плоских деталей
Качество упрочнения	Более высокодисперсная структура мартенсита в обработанном лазером слое увеличивает износостойкость. Твердость на 2-4 HRC выше, чем при закалке ТВЧ	В зависимости от материала, твердость достигает HRC 55–60, что на 2-3 HRC выше, чем при обычных способах объемной закалки
Стоимость	Отсутствие расходных материалов и необходимости делать оснастку под конкретный заказ снижает цену для заказчика	Изготовление индуктора под единичный заказ экономически неэффективно. Более высокая себестоимость услуги увеличивает итоговую цену

О нас

Группа компаний «Лазерные технологии» в сотрудничестве с ВМП «ЛТиТ» проводит активные исследования и разработки:

разработали технологию лазерной закалки резьбы ниппеля НКТ;
проработали технологию лазерного упрочнения строгальных ножей;
в 2015 году написали и выпустили книгу по лазерным технологиям термоупрочнения сталей
успешно проработали и вводим в эксплуатацию технологию нанесения защитных полимерных покрытий при помощи лазера.

СТАТЬИ

Клиенты

Наши возможности

Существует множество технологических модификаций процессов лазерной закалки и термообработки:

без оплавления поверхности металла,
поверхностная закалка инструментов с расплавлением поверхностного слоя,
с расплавлением поверхностного слоя в атмосфере модифицирующих газов для управляемого формирования интерметаллических включений,
с использованием порошковых добавок-присадок, что приближает этот вариант к процессу лазерной наплавки,
с использованием сканирующего лазерного пучка для повышения скорости нагрева-охлаждения.

Оформление заказа