Laserové kalenie
Laserový lúč zakalí veľmi tenkú vrstvu s minimálnym tepelným ovplyvnením okolia.
- Účel
- Presné lokálne kalenie bez deformácií a bez chladiaceho média.
- Typické použitie
- Formy, hrany nástrojov, presné strojné diely.
- Vhodné materiály
- Nástrojové a zušľachtené ocele, liatina.
- Kategória
- Povrchové kalenie
Ako proces funguje
Laserové kalenie patrí medzi najpresnejšie metódy transformačného povrchového kalenia. Koncentrovaný laserový lúč lokálne zohreje kovový povrch nad austenitizačnú teplotu; po posunutí lúča teplo veľmi rýchlo odchádza do relatívne studeného objemu dielu (samokalenie, self-quenching). Vo väčšine aplikácií preto nie je potrebná voda, olej ani polymérny kaliaci sprej a rýchle ochladenie vytvorí martenzitickú vrstvu s minimálnou deformáciou.
Ide o solid-state transformation hardening, nie pretavovanie – povrch prejde fázovou transformáciou, ale nemá sa roztaviť. Vysokovýkonné diódové alebo vláknové lasery vytvárajú optikou definovanú stopu, ktorú robot alebo CNC systém vedie po povrchu. Pyrometer alebo termokamera sleduje teplotu povrchu a v uzavretej slučke riadi výkon lasera medzi austenitizačnou a taviacou teplotou.
Kľúčové procesné parametre
- Typická hĺbka vrstvy: cca 0,1–1,5 mm; pri niektorých nastaveniach až ~2,5 mm
- Povrchová tvrdosť pri vhodnej oceli: cca 55–65 HRC (AISI 4340: martenzitická zóna ~0,4 mm hlboká)
- Hĺbka závisí od výkonovej hustoty, veľkosti stopy, rýchlosti posuvu a absorpcie povrchu
- Spracovanie zložitých 3D dráh robotom bez špecifického induktora
- Prekrývanie dráh (overlap) musí byť optimalizované – riziko softening zón
- Absorpcia: moderné diódové lasery často nepotrebujú absorpčný náter
Typické aplikácie
- Formy, lisovacie a ohýbacie nástroje
- Vačky, vodiace lišty a ozubené segmenty
- Tesniace plochy a hrany nástrojov
- Presné strojné diely v hotových rozmeroch
- Menšie série a geometricky komplikované diely (zmena programu namiesto novej cievky)
Výhody
- Extrémne presné lokálne spracovanie s malou tepelne ovplyvnenou oblasťou
- Jedna z technológií s najnižšou deformáciou – bez tepelného šoku z kvapalného kalenia
- Spravidla bez kvapalného kaliaceho média
- Vysoká automatizovateľnosť a flexibilita programovateľných dráh
- Nepotrebuje fyzický kontakt ani výrobu induktora
Obmedzenia a riziká
- Vyššia cena zariadenia než plameňová technológia
- Menšia hĺbka vrstvy než pri indukčnom alebo plameňovom kalení
- Lúč potrebuje optickú viditeľnosť povrchu
- Príliš vysoký výkon spôsobuje povrchové pretavenie a zmenu tvrdostného profilu
- Pri prekrytí dráh hrozí lokálne popustenie martenzitu (softening zone)
Kontrola kvality
- Profil mikrotvrdosti a metalografická kontrola
- Kontrola šírky a hĺbky laserovej stopy
- Meranie deformácie a skúšky trhlín
- Stanovenie hĺbky SHD podľa ISO 18203:2026 (výslovne zahŕňa laserové kalenie)
Vhodné materiály
Vhodné sú najmä stredne uhlíkové a nástrojové ocele – napríklad C45, 42CrMo4, 100Cr6, viaceré nástrojové ocele a liatiny. Základný materiál musí obsahovať dostatok uhlíka na vznik martenzitu.
Bezpečnosť a BOZP
Priemyselné kaliace lasery patria medzi vysokovýkonné laserové systémy. Rizikom nie je iba priamy lúč, ale aj odrazené žiarenie od lesklého kovu, požiar a dym zo znečisteného povrchu. Základným bezpečnostným dokumentom je IEC 60825-1:2014.
Súvisiace normy
- ISO 18203:2026 – Steel – Determination of the thickness of surface-hardened layers
- IEC 60825-1:2014 – Safety of laser products
- ISO 6507-1:2023 – Metallic materials – Vickers hardness test