سختی لیزری یک فرآیند تصفیه سطح صنعتی است که از پرتو لیزر پرقدرت برای گرم کردن سریع و سپس خاموش کردن قطعات فلزی برای افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش استفاده میکند.سخت شدن لیزر داخلیاین فرآیند را به داخل اجزای فلزی می برد تا به طور انتخابی سوراخ ها و حفره های داخلی سخت شود. در حالی که هر دو روش برای تبدیل خواص مواد به انرژی لیزر متکی هستند، مکانیسم ها و کاربردهای آنها متفاوت است.
در این مقاله، ابتدا سختی لیزر معمولی را بررسی می کنیم و سپس بررسی می کنیم که چه چیزی باعث منحصر به فرد شدن سختی لیزر داخلی می شود. ما روش های گرمایش، عمق سخت شدن، سختی قابل دستیابی، ریزساختارهای تحت تاثیر، محدودیت ها و کاربردهای ایده آل هر فرآیند را با هم مقایسه خواهیم کرد. درک قابلیتهای این دو رویکرد مبتنی بر لیزر، بینشی را در مورد اینکه کدام تکنیک برای سختی خاص مورد نیاز بهترین است، ارائه میکند.
مروری بر سخت شدن لیزر
سختی لیزری یا سختکاری سطحی لیزری، یک فرآیند حرارتی ثابت است که برای افزایش سختی و دوام سطوح اجزای فلزی استفاده میشود. یک لیزر پرقدرت لایه بالایی قطعه کار را به طور دقیق به یک حوضچه مذاب گرم می کند که سپس به سرعت از بین می رود و خاموش می شود.
این گرادیان حرارتی شدید، دگرگونیهای ریزساختاری مارتنزیتی را القا میکند که 2 تا 5 برابر سختی سطحی بیشتری ایجاد میکند. مکانیسم های کلیدی درگیر عبارتند از:
- ذوب و انجماد سریع یک لایه سطحی نازک
- جلوگیری از تشکیل فازهای نرمتر مانند فریت/پرلیت
- تشکیل ریزساختار مارتنزیتی در هنگام کوئنچ سریع
- تقویت محلول جامد از انحلال کاربید
- پالایش دانه مارتنزیت
سخت شدن لیزری سخت شدن انتخابی را فقط در صورت نیاز، حداقل اعوجاج و نتایج ثابت فراهم می کند. محدودیت ها شامل الزامات خط دید و در درجه اول اثرات سخت شدن سطح است.
سختی لیزر داخلی چگونه متفاوت است
سخت شدن لیزر داخلی برای غلبه بر محدودیت های خط دید سخت کاری لیزری معمولی ایجاد شده است. این اجازه می دهد تا سطوح داخل سوراخ ها، حفره ها و فرورفتگی ها به طور انتخابی با استفاده از پرتو لیزر داخلی سخت شوند.
پرتو لیزر از طریق کابل های فیبر نوری به فضای داخلی منتقل می شود. سپس با چرخش قطعه کار، یک لنز فوکوس پرتو را به سطح داخلی هدایت می کند. این امکان را فراهم می کند که هندسه های داخلی منحنی بدون دید مستقیم خارجی سخت شوند.
تفاوت های اصلی در مقایسه با سختی لیزر خارجی عبارتند از:
- سخت شدن سطوح داخلی تا قطر داخلی 60 میلی متر
- چگالی توان کمتر در فضای محدود مورد نیاز است
- افزایش عمق سخت شدن تا 6 میلی متر از سطح
- قابلیت سخت شدن سطوح مقعر و دیواره جانبی
- حداقل گرمایش یا تغییر رنگ بیرونی
- محدود به سطوح استوانه ای و هندسی
- متکی بر فناوری لیزر فیبر کمتر شناخته شده است
اثرات سخت شدن عمیق تر ناشی از افزایش زمان قرار گرفتن در معرض لیزر در هر بخش از سطح داخلی در حال چرخش است. این اجازه می دهد تا گرما بیشتر به داخل نفوذ کند.
سختی قابل دستیابی و منطقه فلزی تحت تأثیر
در سخت شدن لیزر استاندارد، چگالی توان بالا به سرعت یک لایه نازک با عمق کمتر از 1 میلی متر را قبل از پخش شدن در فلز زیرین سردتر گرم می کند. این منجر به سخت شدن در درجه اول در داخل 0.1-0.5 میلی متر از سطح بالایی می شود. سختی بسته به آلیاژ فلز از 50 تا 70 HRC متغیر است.
سخت شدن لیزر داخلی می تواند سختی تا 60 HRC در چند میلی متر زیر سطح ایجاد کند. افزایش عمق سخت شدن برای کاربردهایی که مقاومت به سایش بیشتر در زیر سطح مورد نیاز است مفید است. با این حال، ناحیه متاثر از سختی همچنان مانند سخت شدن لیزر موضعی است.
تغییرات ریز ساختاری
در هر دو فرآیند، گرمایش و خنکسازی سریع سطح باعث ایجاد ریزساختار مارتنزیتی میشود. این جایگزین پرلیت و فریت نرم تر برای افزایش سختی و استحکام می شود. مکانیسم های پالایش دانه، تبدیل کاربید و تقویت محلول جامد رخ می دهد.
تفاوت در عمقی است که این تغییرات ریزساختاری در زیر سطح گسترش مییابند و با سخت شدن لیزر داخلی بسیار عمیقتر میشوند. با این حال، درجه سختی به دست آمده در نهایت قابل مقایسه است.
برنامه ها و محدودیت های ایده آل
سخت شدن لیزر خارجی برای سطوح اجزای خارجی صاف یا کانتور به خوبی عمل می کند. سخت شدن لیزر داخلی به طور خاص حفره ها و حفره های استوانه ای داخلی را قادر می سازد تا به طور انتخابی بدون جداسازی سخت شوند.
کاربردهای مثال عبارتند از:
سخت شدن لیزر - چرخ دنده ها، شفت ها، سوپاپ ها، تیغه های توربین، قالب های پرس
سخت شدن لیزر داخلی - سیلندرهای موتور، لوله تفنگ، سیلندرهای هیدرولیک، بشکه های اکسترودر، بلبرینگ ها
محدودیتها شامل الزامات دسترسی مستقیم به خط دید در سختسازی لیزری و هندسه استوانهای خاص برای سختسازی داخلی است. روش های جایگزین ممکن است برای اشکال پیچیده بهتر عمل کنند.
به طور خلاصه، سخت شدن لیزر داخلی یک قابلیت تخصصی برای سخت کردن سطوح داخلی فراتر از دسترسی لیزر خارجی را فراهم می کند. درک مزایا و محدودیتهای نسبی کمک میکند تا تشخیص دهیم که کدام رویکرد سختسازی لیزری بر اساس مکان سخت شدن، عمق و هندسه اجزای مورد نظر بهینه است. با دو گزینه مبتنی بر لیزر در حال حاضر، مهندسان می توانند بهترین تکنیک را برای نیازهای سختی هر برنامه مشخص کنند.
شرکت فناوری لیزر Xi'an Guosheng یک شرکت با فناوری پیشرفته متخصص در تحقیق و توسعه، ساخت و فروش دستگاه روکش لیزری اتوماتیک، دستگاه روکش لیزری پرسرعت، دستگاه خاموش کننده لیزر، دستگاه جوش لیزری و تجهیزات چاپ سه بعدی لیزری است. محصولات ما مقرون به صرفه هستند و در داخل و خارج از کشور به فروش می رسند. اگر به محصولات ما علاقه مند هستید، لطفا با ما تماس بگیریدbob@gshenglaser.com.