Wärmebehandlung

Laser sind eine hervorragende Wärmequelle für das Härten von

Metallteilen zur Verminderung des Oberflächenverschleißes

unter Beibehaltung der metallurgischen Eigenschaften des

Grundmaterials. Durch die Bildung einer Martensitschicht

auf der Verschleißfläche und den Erhalt der Formbarkeit des 

Grundwerkstoffs für das übrige Teil, können Lebensdauer

und Leistungsfähigkeit der Teile erheblich erhöht werden.

 

Faserlaser lassen sich einfach einrichten

und ermöglichen eine präzise Steuerung

der Laserleistung mit hoher Stabilität,

wodurch die Verformung des Teils

minimiert wird und die Notwendigkeit

eines Härtemittels entfällt.

Die Laserwärmebehandlung oder auch Laserhärtung ist ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung, das verwendet wird, um die Verschleißfestigkeit oder Lebensdauer verschiedenster Produkte und Komponenten zu erhöhen – angefangen bei Haushaltsgeräten über Teile im Automobilbau bis hin zu Werkzeugen für die Schwerindustrie und das Transportwesen. Laserhärten wird am häufigsten für Stahl und Gusseisenwerkstoffe eingesetzt. Laser verwandeln Oberflächen auf Metallteilen durch kontrollierte lokalisierte Erwärmung unter Beibehaltung der metallurgischen Eigenschaften des Grundmaterials.

Die Absorption hängt von Materialart, Kohlenstoffgehalt, Mikrostruktur, Oberflächenbeschaffenheit, Größe und Geometrie ab und ist in der Regel auf die Oberflächenschicht beschränkt. Die Tiefe der Härtung reicht von
0,2 bis 2,0 mm. Die zu erwärmende Fläche kann mit Strahlformungsoptik gesteuert werden. Die Laserwärmebehandlung bietet Herstellern daher ein präzises und kontrolliertes Verfahren zum Erhöhen der Verschleißfestigkeit ihrer Werkzeuge und Anlagen.

 

Cross-section of a laser hardened camshaft

Laser Hardening with 6 kW IPG fiber laser, courtesy of Preco

 

Die typischen Prozessgeschwindigkeiten liegen zwischen 10 und 150 cm pro Minute. Die Tiefe der Härtung verringert sich mit zunehmender Geschwindigkeit. Die erreichbare Tiefe hängt von der Zusammensetzung der Legierung ab. Mit gängiger Ausrüstung können Bearbeitungsbreiten zwischen 0,5 mm und 5 cm realisiert werden. Kleinere oder größere Breiten sind mit speziellen Konfigurationen möglich. 

Die Wahl der Laserbetriebsart für die Oberflächenhärtung hängt vor allem vom Teil selbst ab. Für den Großteil der Härtungsanwendungen ist ein CW-Strahl erforderlich. Dies gilt beispielsweise für die Härtung von Gleitlagern der meisten industriellen Werkzeuge. Einige komplexe Teile erfordern gepulste Laser wie den gepulsten Ytterbium-Laser YLPN Mega Pulse von IPG. 

Die meisten Laser im nahen Infrarotbereich können für die Härtung verwendet werden, da der wichtigste Faktor, um die gewünscht Tiefe zuerreichen, die Laserleistung ist. Materialien auf Eisenbasis absorbieren ohne weiteres Licht mit einer Wellenlänge von 1 Mikrometer, sodass es wie im Fall von CO2-Lasern nicht notwendig ist, vorab absorbierende Beschichtungen auf Teile aufzutragen.

 

Die Diodenlaser und Hochleistungs-Faserlaser von IPG werden zur Wärmebehandlung eingesetzt. Zu den Vorteilen zählen höhere Ausgangsleistungen, die Flexibilität der Faserstrahlführung, die kompakte Größe, die höhere Zuverlässigkeit durch Redundanzkonzepte und ein höherer Gesamtwirkungsgrad, der über dem von Diodenlasern der kW-Klasse liegt.

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