Laserhärteverfahren: Phasenumwandlung, Schmelzen und Schockhärten erklärt

Das Laserhärten ist eine der neueren Anwendungen der Lasertechnologie in der Fertigung. Mithilfe eines Laserstrahls wird die Oberfläche eines metallischen Werkstücks lokal und schnell erhitzt, sodass die Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit in unterschiedlichem Maße verbessert und die Lebensdauer verlängert wird. Die theoretische Grundlage ist die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Materialien - und das konkrete Ergebnis hängt von drei Faktoren ab: Laserleistung, Energiedichte und Belichtungszeit.

Einen vollständigen Überblick über den metallurgischen Mechanismus und seine industrielle Präzision finden Sie in unserem Leitfaden zuLaser-Oberflächenhärtung erklärt.

Je nachdem, wie die Laserenergie abgegeben und absorbiert wird, lässt sich das Laserhärten in drei verschiedene Prozesse unterteilen.

1. Phasenumwandlungshärtung

Der Laser tastet die Werkstückoberfläche ab und erhitzt diese schnell über die kritische Temperatur. Wenn sich der Strahl weiterbewegt, leitet das kalte Substrat die Wärme fast augenblicklich ab, wodurch die Zone abgeschreckt wird und eine Martensit- oder Bainitumwandlung ausgelöst wird. Dies ist das am weitesten verbreitete Verfahren, das eine präzise kontrollierte gehärtete Schicht liefert, ohne die Chemie des Teils zu verändern.

2. Schmelz- und Erstarrungshärten

Bei höheren Energiedichten schmilzt die Oberflächenschicht und erstarrt dann extrem schnell wieder. Die resultierende feine, homogene Struktur bietet eine erhöhte Härte und eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zur reinen Festkörperumwandlung.

3. Schockhärten

Ein intensiver, kurzer Laserpuls erzeugt eine Stoßwelle, die die Oberfläche durch plastische Verformung verhärtet. Dieser Prozess führt zu einer Druckeigenspannung, die besonders wertvoll für die Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit ist.

Die drei Verfahren schließen sich nicht gegenseitig aus - Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Laserleistung und Energiedichte und können auf das Material und die erforderliche Einhärtetiefe abgestimmt werden.

Das Laserhärten ist in sieben Fällen besonders effektiv, in denen die konventionelle Wärmebehandlung Probleme bereitet:

1. Große Werkstücke, die schwer in einen Wärmebehandlungsofen passen.
2. Teile, die nur an punktuellen Oberflächen wie Rillen, Löchern und Kanten behandelt werden müssen.
3. Teile, die mit konventioneller Wärmebehandlung schwer zu bearbeiten sind.
4. Präzisionsteile mit strengen Grenzwerten für den Wärmebehandlungsverzug.
5. Oberflächenhärtung von Werkstücken aus Gusseisen.
6. Teile, die bei konventioneller Wärmebehandlung zur Rissbildung neigen.
7. Teile, die die Härteanforderungen durch herkömmliche Wärmebehandlung nicht erreichen.

Da es sich um einen schnellen, berührungslosen Prozess handelt, benötigt das Laserhärten kein externes Abschreckmittel, was zu einer minimalen Verformung des Werkstücks und einem schnellen Abkühlzyklus führt. Im Vergleich zum Flammhärten und Aufkohlen wird eine Lasererwärmung mit hoher -Dichte verwendet, die weniger Schritte erfordert und schneller abläuft. Die gehärtete Schicht ist gleichmäßig und die Härte ist typischerweise 15–20 % höher als bei herkömmlicher Härtung. Die Heiztiefe und -bahn sind einfach zu steuern, leicht anzupassen und gut automatisierbar.

King's Laser RS-LQM-R3000 3000W Laserhärtemaschine

Die Laser-Oberflächenhärtung wird aufgrund ihrer hervorragenden Wärmebehandlungsleistung häufig in Bereichen wie Formenbau, mechanische Fertigung, Erdölindustrie, chemische Industrie, Leichtindustrie, Hardware-Werkzeuge und Automobilteile eingesetzt. Unter ihnen sind Metalllegierungen die in der Industrie am häufigsten verwendeten Materialien mit komplexen Mikrostrukturen, die durch Laserwärmebehandlung gesteuert werden können, um ihre mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften zu ändern und unterschiedliche Leistungen zu erzielen. Typische Werkstücke sind Formen, Zahnräder, Wellen, Gewinde, Führungsschienen, Zylinderlaufbuchsen, wichtige militärische Produkte usw.

Laserhärten von Formen

Laserhärten von Zahnkränzen

Laserhärten von Zylinderlaufbuchsen

Beim Laserhärten wird eine Oberflächenverstärkung durch drei Mechanismen erreicht: - Phasenumwandlung, Schmelzen-Erstarrung und Schock -, die durch Abstimmung von Leistung, Energiedichte und Belichtungszeit ausgewählt werden. Für einen quantifizierten Vergleich dieser Prozesse mit Induktions-, Flammen- und Aufkohlungsmethoden lesen Sie unseren Leitfaden aufVorteile der Laseroberflächenhärtung. Entdecken Sie für ein produktionsbereites automatisiertes System die King's Laser RS-LQM-R3000 3000W-Faserlaserhärtemaschine.