LABORATORIUM LTM
Temat: Laserowa obróbka powierzchniowa.
Data: 28. 04. 1997	Wykonała: Wioletta Grad	Grupa: 22 A

Laserowa obróbka powierzchniowa obejmuje:

1. Hartowanie.

2. Stapianie warstwy powierzchniowej.

3. Wzbogacanie warstwy powierzchniowej w składniki stopowe.

4. Nakładanie warstwy powierzchniowej.

Hartowanie powierzchniowe jest procesem termicznym związanym ze zlokalizowanymi na powierzchni przedmiotu przemianami fazowymi zachodzącymi w polikrystalicznych materiałach metalicznych .

Procesy zachodzące przy hartowaniu to:

-przejście fazowe(zarodkowanie i wzrost kryształów)

-dyfuzja .

W procesie tym zaangażowane są bardzo małe masy materiału . Powoduje to, że szybkości ochładzania i nagrzewania są znacznie szybsze . Czas dla dyfuzji i przemian fazowych jest również krótki. Dlatego też hartowanie powierzchniowe nie wymaga na ogół dodatkowego chłodzenia i wystarcza chłodzenie naturalne z odprowadzaniem ciepła przez przewodnictwo metalu.

Zalety:

-koncentrowanie na częścizch powierzchni,

-hartowanie powierzchni skomplikowanych ,

-małe zniekształcenie po obróbce.

Stapianie warstwy powierzchniowej różni się tym, że nagrzewamy powierzchnię powyżej temperatury topnienia. Celem tego procesu jest ujednorodnienie warstwy, przy czym szybkie chłodzenie prowadzi do powstawania struktury drobnoziarnistej.

Gdy chcemy wzbogacić warstwę powierzchniową w składniki stopowe to postępujemy jak w przypadku topienia warstwy wierzchniej, tylko nakładamy dodatkowo w czasie procesu lub przed przystąpieniem do niego warstwę składnika stopowego. Możemy to uczynić nakładając dany pierwiastek w postaci pasty, cieczy, poprzez natrysk, cienką folię i in. Materiały topią się razem, przez co wzbogacają warstwę powierzchniową w dany składnik na głębokości przetopienia. Ważne jest, aby własności materiału i warstwy składnika były jednakowe, szczególnie ich temperatura topnienia. Zbyt wysoka temperatura topnienia warstwy składnika powoduje nierównomierny jego rozkład w wierzchniej warstwie materiału wzbogacanego w postaci wtrąceń, a więc nierównomierność rozkładu własności mechanicznych. Zbyt niska - powoduje wyparowanie.

Przy nakładaniu warstwy wierzchniej postępuje się podobnie jak przy wzbogacaniu. Wierzchnią warstwę materiału nadtapia się na pewnej głębokości w celu dobrego i trwałego połączenia z warstwą nakładaną. Nowa warstwa zazwyczaj charakteryzuje się innymi własnościami.

Laserowe powlekanie powłokami jest precyzyjną metodą stosowaną dla nadawania warstwie wierzchniej przedmiotu specjalnych cech:

-odporność na ścieranie i zużycie ,

-odporność na oddziaływanie chemiczne,

-walorów estetycznych.

Proces ten pozwala uzyskać na powierzchni przedmiotu warstwy wierzchnie o wysokiej jakości , wolne porowatości przy małej dyfuzji materiału podkładowego , ale z doskonałą do niego przyczepnością.

Najczęściej jako materiał powlekający stosuje się proszek metaliczny.Występują zasadniczo dwie metody powlekania :

-na pow. umieszcza się wcześniej warstwę proszku,

-proszek wdmuchuje się wraz z gazem obojętnym do wiązki laserowej. Cele obróbki powierzchniowej:

- zwiększenie twardości,

- * * * wytrzymałości,

- * * * odporności na zużycie,

- tworzenie geometrycznych wzorów zużycia powierzchni ( hartowanie wzdłuż ścieżki) np. dla polepszenia smarowności;

-ujednorodnienia irozdrobnienia struktury;

- zwiększenie odporności na korozję i in.

Zalety laserowej obróbki powierzchniowej:

- chemiczna czystość operacji;

- dobra sterowalność;

- brak obróbki wykańczającej;

- proces bezdotykowy ;

-łatwość automatyzacji;

- możliwość hartowania cienkich warstw przy zachowaniu plastycznego rdzenia;

- możliwość hartowania miejscowego;

-

Praktyczna część ćwiczenia polegała na zahartowaniu miejscowym kawałków blachy ze stali 45 o grubości 5 mm przy zmiennej mocy wiązki. Następnie zahartowane powierzchnie poddaliśmy próbie twardości metodą Vickersa.

Zapis wyników:

Materiał: stal 45
Grubość: 5 mm
Częstotliwość: 3 kH
Prędkość 1000 mm / min
	100 %	50 %	40 %	30 %	20 %	10 %
Moc [W]	6200	3070	2430	1830	1210	530
HV	642 724 724	724 724 724	572 642 724	724 724 642	337 322 237	220 220 220

Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonego w części praktycznej ćwiczenia procesu hartowania możemy uznać obróbkę laserową za bardzo precyzyjną. O jej walorach świadczą m. in. wymienione wcześniej zalety, głównie to, że jest to obróbka bezdotykowa umożliwiająca hartowanie miejscowe i cienkich warstw.

Analizując wyniki przeprowadzonego pomiaru twardości po hartowaniu przy różnej mocy wiązki, można powiedzieć, że najlepszy efekt uzyskaliśmy przy mocy 50 i 100 %, czyli 3070 i 6200 [W]. Biorąc pod uwagę względy ekonomiczne, nie jest konieczne używanie pełnej mocy wiązki, gdy taki sam efekt można uzyskać przy połowicznym jej wykorzystaniu. Identyczne wskazania twardościomierza są również przy mocy 30% - 1830 [W]. Nie wiadomo czy jest to równie efektywny wynik hartowania, czy też wynika to z utwardzenia miejscowego spowodowanego niejednorodnością materiału, tym bardziej, że wynik przy mocy 2430 [W] - 40% jest niższy. Jest prawdopodobne, że wskazania, czy sam proces przy mocy 40 % był nieprawidłowy, wówczas porównywalna efektywność hartowania laserem mieściłaby się między 6200 a 11830 [W] (40 - 100%). Niestety nie możemy określić na podstawie przeprowadzonej analizy i pomiarów, czy wartość mocy wpływa na grubość warstwy zahartowanej. Jeśli tak, to należałoby się spodziewać, że przy większej mocy wartość ta jest większa, a przy mocy mniejszej - mniejsza (oczywiście odnosi się to do wartości mocy przy jednakowej twardości, czyli między 40 a 100 %). Moc podawana jest zarówno w watach [W] jak też w procentach [%] ze względu na nieliniową zależność tych dwóch wielkości, co widać na poszczególnych zakresach realizacji procesu.

Podsumowując laserową obróbkę powierzchniową można uznać za bardzo precyzyjną, mało czasochłonną w porównaniu z metodami konwencjonalnymi przez co i konkurencyjną.

---