Wärmebehandlung

Die Laserwärmebehandlung oder auch das Laserhärten (laser hardening) ist ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung. Dieses Verfahren wird angewendet, um die Verschleißfestigkeit oder Lebensdauer verschiedenster Produkte und Komponenten zu erhöhen – angefangen bei Haushaltsgeräten über Bauteile im Automobilbau bis hin zu Werkzeugen für die Schwerindustrie und das Transportwesen. Laserhärten wird am häufigsten für Metall wie Stahl und Gusseisenwerkstoffe eingesetzt. Beim Laserhärten wird die Oberfläche eines Metallteils durch kontrollierte lokalisierte Erwärmung unter Beibehaltung der metallurgischen Eigenschaften des Grundmaterials verändert.

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 im Metall reicht beim Laserhärten von
0,2 bis 2,0 mm. Die Größe der zu erwärmenden Fläche kann durch Strahlformungsoptiken gesteuert werden. Das Laserhärten bietet Herstellern daher ein präzises und kontrolliertes Verfahren zum Erhöhen der Verschleißfestigkeit ihrer Werkzeuge und Anlagen.

Querschnitt einer lasergehärteten Nockenwelle

Laserhärten mit einem 6 kW IPG Faserlaser, Video zur Verfügung gestellt von Preco

Die typischen Prozessgeschwindigkeiten beim Laserhärten liegen zwischen 10 und 150 cm pro Minute. Mit zunehmender Geschwindigkeit verringert sich beim Laserhärten die Tiefe der Härtung. Die erreichbare Tiefe hängt außerdem von der Zusammensetzung der Legierung ab. Mit gängiger Ausstattung 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 Bauteil selbst ab. Für die meisten Anwendungen beim Laserhärten ist ein kontinuierlicher Laserstrahl erforderlich. Dies gilt beispielsweise für die Härtung von Lagern, wie Nockenwellen in Motoren, die in verschiedensten industriellen Werkzeugen verwendet werden. Einige komplexe Teile erfordern gepulste Laser wie den gepulsten Ytterbium-Faserlaser von IPG. 

Die meisten Laser im nahen Infrarotbereich können zum Laserhärten von Metall verwendet werden, da der wichtigste Faktor, um die gewünschte Tiefe zuerreichen, die Laserleistung ist. Materialien auf Eisenbasis absorbieren ohne weiteres Licht mit einer Wellenlänge von 1 Mikrometer, sodass es im Gegensatz zu CO₂-Lasern nicht notwendig ist, vorab absorbierende Beschichtungen auf die zu bearbeitenden Teile aufzutragen.

Die Diodenlaser und Hochleistungs-Faserlaser von IPG können zur Wärmebehandlung von Metall eingesetzt werden. Zu ihren zahlreichen Vorteilen zählen höhere Ausgangsleistungen, die Flexibilität der Faserstrahlführung, die kompakte Größe, die höhere Zuverlässigkeit durch Redundanzkonzepte und ein höherer Gesamtwirkungsgrad, die über dem von herkömmlichen Diodenlasern liegen.