Laserhärten |
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Weniger Nacharbeit und die Möglichkeit auch unregelmäßige, dreidimensionale Werkstücke zu bearbeiten sind die Vorteile des Laserhärtens |
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Dank der geringen Wärmeeinbringung bleibt der Verzug gering und der Aufwand für Nacharbeiten verringert sich oder entfällt ganz |
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Prinzip des Laserhärtens: Der Laserstrahl erhitzt die Randschicht des Metalls. Durch schnelles Abkühlen wird sie hart. |
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Laserhärten zählt zu den Randschichthärteverfahren.
Es wird ausschließlich bei Eisenwerkstoffen angewendet,
die sich härten lassen. Das sind Stähle und Gusseisen mit
Kohlenstoffanteilen über 0, 2 Prozent.
Um das Werkstück zu härten, erwärmt der Laserstrahl die
Randschicht meist bis knapp unter die Schmelztemperatur, auf
etwa 900 bis 1 400 Grad Celsius. Sobald die Soll-Temperatur
erreicht ist, bewegt sich der Laserstrahl und erwärmt dabei
die Oberfläche in Vorschubrichtung kontinuierlich. Durch die
hohe Temperatur verändern die Kohlenstoffatome im Metallgitter
ihre Position (Austenitisierung). Sobald der Laserstrahl
sich weiterbewegt, kühlt das umgebende Material die heiße
Schicht sehr schnell ab. Man spricht dabei von der Selbstabschreckung.
Durch das schnelle Abkühlen kann sich das Metallgitter nicht in die Ausgangsform zurückbilden und Martensit
entsteht. Martensit ist ein sehr hartes Metallgefüge. Die
Umwandlung in Martensit führt zu einer Härtesteigerung. |
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An dieser Welle eines Turboladers sind die Lagerstellen lasergehärtet |
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Der Laserstrahl härtet die Randschicht des Werkstücks.
Typisch sind Randhärtetiefen von 0,1 bis 1, 5 Millimetern, bei
manchen Werkstoffen auch 2,5 Millimeter und mehr. Je größer
die Randhärtetiefe werden soll, umso größer muss das umgebende
Volumen sein, damit die Wärme schnell abgeleitet
wird und die Härtezone sich schnell genug abkühlt.
Zum Härten werden relativ niedrige Leistungsdichten benötigt.
Gleichzeitig soll das Werkstück flächig bearbeitet werden.
Deshalb formt man den Laserstrahl so, dass er eine möglichst
große Fläche bestrahlt. Gängig sind rechteckige Bestrahlflächen.
Scanneroptiken werden ebenfalls zum Härten eingesetzt.
Sie bewegen einen Laserstrahl mit rundem Fokus sehr schnell
hin und her. Auf dem Werkstück entsteht eine Linie mit nahezu
gleichmäßiger Leistungsdichte. So lassen sich Härtespuren mit
bis zu 60 Millimeter Breite erzeugen. |
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