Понятие о лазерной термической обработке

Лазеры – оптические квантовые генераторы (ОКГ), позволяющие получать электромагнитные излучения чрезвычайно высокой концентрации энергии. Длина волн находится в световом диапазоне.

Применение лазеров для термической обработки основано на трансформации световой энергии, в тепловую.

Лазерная термическая обработка (ЛТО) проводится при удельной мощности от 3 до 50 кВт/см². Время воздействия прим. 0,01с.

При увеличении удельной мощности и времени воздействия осуществляются процессы сварки, плавления, лазерной химико-термической обработки (ЛХТО).

Процессы ЛТО определяются взаимодействием лазерного облучения с материалом, которое зависит от оптических и теплофизических свойств обрабатываемых материалов: коэффициента отражения поверхности, теплопроводности и др.

Увеличение поглощения излучения достигается шлифовкой поверхности, нанесением неметаллических пленок и т. п.

Для лазерной обработки используют технологические лазеры импульсного и непрерывного действия. Особенностью лазерного упрочнения является его локальность. При импульсном излучении воздействие осуществляется в точке, при непрерывном – в полосе шириной 3 мм. В связи с этим для обработки поверхности необходимо сканировать луч с взаимным перекрытием зон упрочнения.

Геометрические характеристики зоны термического воздействия зависят от энергетических параметров лазерного излучения.

Глубина упрочненного слоя, при нагреве на лазере мощностью 5 кВт колеблется от 0,3 до 1,0 мм, а на импульсном лазере от 0,1 до 0,15 мм.

Механизм ЛТО заключается в фазовом превращении материала после его скоростного нагрева до температур выше температур фазовой перекристаллизации (вплоть до температур плавления) с последующим быстрым охлаждением обработанной зоны путем отвода теплоты за счет теплопроводности материала изделия. Скорость охлаждения при температуре нагрева ниже температуры плавления составляет от 5 до 10 тысяч градусов в секунду, при кристаллизации из жидкого состояния – 1 млн. градусов в секунду (что в 1000 раз больше скорости обычной закалки).

ЛТО позволяет повысить твердость и износостойкость упрочняемых материалов.

Методом ЛТО хорошо упрочняются средне- и высоколегированные углеродистые и инструментальные стали.

Стали с низким содержанием углерода и высокопрочные низколегированные стали, при лазерной термической обработке, упрочняются плохо.

Чумак П.И.

Диба О.С.