Härten mit Laserstrahlung

Beim Randschichthärten durch Laserstrahlung wird das Material (kohlenstoffhaltiger Stahl) für kurze Zeit über die Austenitisierungstemperatur erwärmt und durch rasche Abkühlung in die härtere martensitische Gefügeform umgewandelt. Dabei wird die Wärme über die Absorption der Laserstrahlung an der Oberfläche erzeugt, die Abschreckung erfolgt durch Wärmeleitung in das Materialinnere. Die Oberfläche darf dabei nicht aufschmelzen. Die Einhärtetiefe ist durch Wärmetransport und Selbstabschreckung auf etwa 1 bis maximal 1,5 mm beschränkt. Den zeitlichen Temperaturverlauf bestimmen im Wesentlichen die Spotgeometrie des Laserstrahls an der Bearbeitungsstelle und die Vorschubgeschwindigkeit. Zum Härten von Bahnen kommt bevorzugt eine linienförmige Spotgeometrie (lange Achse quer zur Vorschubrichtung) zum Einsatz. Bei komplexen Geometrien oder niedrigen Stückzahlen kann man diese auch sehr flexibel durch den Einsatz eines Scanners erzeugen, durch den dann ein punktförmiger Laserstrahl sehr schnell bewegt wird und somit eine quasistationäre linienförmige Intensitätsverteilung aufgebaut wird.

Anwendungsbereiche

• Kurvenscheiben
• Präzisionsführungsschienen
• Stanzwerkzeuge
• Schneidwerkzeuge
• Zahnräder
• Synchronringe
• Extruderschnecken
• Torsionsfedern (s.o.)
• Wellen

Wegen der besseren Absorption der Laserstrahlung an Stahloberflächen bei kürzeren Wellenlängen sind Festkörperlaser in der Regel effizienter und wirtschaftlicher zum Härten einsetzbar als CO2 Laser. Besonders geeignet sind Hochleistungsdiodenlaser, die eine optimale Wellenlänge (800 – 1000 µm), rechteckige Strahlgeometrie und hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig kleiner Bauform bieten.