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Laserhärten

Weniger Nacharbeit und die Möglichkeit auch unregelmäßige, dreidimensionale Werkstücke zu bearbeiten sind die Vorteile des Laserhärtens. Dank der geringen Wärmeeinbringung bleibt der Verzug gering und der Aufwand für Nacharbeiten verringert sich oder entfällt ganz.

How laser hardening works

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 %.

Um das Werkstück zu härten, erwärmt der Laserstrahl die Randschicht meist bis knapp unter die Schmelztemperatur, auf etwa 900 bis 1400 °C. 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.

Turbocharger shaft is laser-hardened

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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