Xin chào các  bạn !

Laser là một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người . Kỹ thuật laser đã có những phát triển vượt bậc , được ứng dụng rộng rãi trong những ngành công nghệ và kỹ thuật. Hiện nay trên thế giới các phương pháp gia công không truyền thống ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là các phương pháp gia công bằng tia. Trong đó, tia laser được tập trung nghiên cứu phát triển và đã phát huy được hiệu quả ứng dụng to lớn trong ngành công nghiệp. Lợi dụng khả năng sinh nhiệt của laser khi tương tác với vật liệu, người ta đã sử dụng laser để nhiệt luyện bề mặt. Bài viết hôm nay cùng cokhithanhduy tìm hiểu về phương pháp nhiệt luyện bằng laser trong ngành công nghiệp cơ khí nhé !

1. Nhiệt luyện là gì ? Nhiệt luyện bằng laser là gì ?

- Nhiệt luyện là một phương pháp tác động nhiệt độ lên vật chất nhằm làm thay đổi vi cấu trúc chất rắn, đôi khi tác động làm thay đổi thành phần hóa học, đặc tính của vật liệu. Chủ yếu của ứng dụng nhiệt luyện là thuộc về ngành luyện kim. Nhiệt luyện cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như ngành sản xuất thủy tinh. Quá trình nhiệt luyện bao gồm sự nung nóng hoặc làm nguội với mức độ chênh lệch đáng kể, hoặc xử lý nhiệt theo một thời gian biểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu, cũng như tạo ra sự cứng hay mềm khác nhau trên cùng một vật liệu, ví dụ như tôi bề mặt, vật liệu chỉ cứng ở bề mặt (chống mài mòn) nhưng lại dẻo dai ở phần bên trong (chịu va đập cũng như chịu uốn rất tốt).

- Nhiệt luyện đòi hỏi một quy trình chặt chẽ và có kiểm soát thời gian và tốc độ trao đổi nhiệt trên vật liệu.

- Nhiệt luyện bằng laser là phương pháp nhiệt luyện không làm thay đổi thành phần cấu tạo của bề mặt chi tiết.

- Nhiệt luyện bằng tia laser (gọi tắt là nhiệt luyện laser) được dùng để làm tăng độ cứng bề mặt chi tiết máy. Độ cứng bề mặt tỷ lệ thuận với khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi. Nguyên lý cơ bản để tăng độ cứng bề mặt là làm xuất hiện một lớp vật liệu chịu ứng suất nén ngay bên dưới bề mặt chỗ cần tăng cứng.
2. Các thông số ảnh hưởng đến nhiệt luyện bằng laser

- Công suất laser: đây là tham số ảnh hưởng chính đến nhiệt độ nhiệt luyện và ảnh hưởng chính đến đến khả năng mở rộng “vết” và độ sâu nhiệt luyện.
-  Tốc độ dịch chuyển nguồn laser: được coi là đại diện cho tham số thời gian lưu trú tia laser trên vật liệu, quyết định đến tốc độ nung nóng vật liệu. Ảnh hưởng tới chất lượng tôi như là độ sâu thấm tôi.
- Khoảng cách phân kỳ.
- Điều kiện làm mát: ảnh hưởng đến tốc độ làm nguội của chi tiết.

3. Ưu nhược điểm của nhiệt luyện bằng laser

- So với các phương pháp nhiệt luyện truyền thống, nhiệt luyện bằng laser có những ưu điểm:

  • Tăng cường độ cứng, độ bền,  các tính chất bền mỏi và bền mài mòn.
  • Đạt độ chính xác cao hơn, yêu cầu năng lượng thấp hơn vì vậy giảm được các gia công sau nhiệt luyện.
  • Rất linh hoạt do sử dụng phần mềm để điều khiển nhiệt luyện.
  • Có khả năng nhiệt luyện chi tiết to và hình dạng hình học bất kì, tạo mức linh hoạt trong thiết kế.
  • Thân thiện với môi trường.

- Nhược điểm của phương pháp nhiệt luyện bằng laser :

  •  Độ thấm tôi thấp (< 2,5mm ), thường bằng nửa giá trị này.
  • Chi phí đầu tư cao.

4. Một số lưu ý về chọn thông số khi nhiệt luyện bằng laser

Cường độ tia dao động trong khoảng 500-5000 W/cm2. Tương ứng với thời gian giữ từ 0,1 – 10s. Đối với thép cacon, cường độ dao động trong khoảng 1000 – 1500 W/cm2 và thời gian giữ từ 1 -2 s.

- Vật liệu có khả năng nhiệt luyện tốt thì tiến hành với cường độ tia thấp và thời gian giữ dài (tốc độ dịch chuyển thấp); ngược lại vật liệu có khăn nhiệt luyện kém thì dùng cường độ tia cao và thời gian gữ nhiệt thấp.

- Để có độ cứng đồng đều, thường dùng profile hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn với cường độ phân bố đồng đều.

- Cường độ tia cao và thời gian giữ nhiệt thấp cho độ thấm nhiệt thấp, nhưng tốc độ làm nguội lớn. Điều ngược lại cũng hoàn toàn đúng.

- Nhiệt độ cao nhất của bề mặt được nhiệt luyện cần cân đối với tốc độ dịch chuyển profile. Bởi vì, khi cường độ tăng 2 lần thì tốc độ dịch chuyển profile tăng 4 lần để giữ được nhiệt độ cao nhất hợp lý trên bề mặt. 

- Thép đã được thường hóa, ủ, hay có tổ chức dạng cầu; thép có tổ chức xemetit trước cùng tinh; gang và thép với có tổ chức cacbit bền vững cần thời gian giữ lâu hơn so với thép đã được tôi và ram.

- Phôi nhỏ thì cần cường độ năng lượng cao hơn và thời gian giữ lâu hơn so với phôi lớn, nếu không thì phải dùng các phương pháp làm nguội cững bức. 

5. Ứng dụng của nhiệt luyện bằng laser

-Khuôn kim loại : Thực tế khuôn kim loại chỉ cần cứng ở một vài bề mặt làm việc, trong khi công nghệ nhiệt luyện hiện nay lại nhiệt luyện cho toàn khối. Ứng dụng công nghệ nhiệt luyện laser có thể làm giảm thời gian chuẩn bị khuôn và cho hiệu quả kinh tế cao hơn, đặc biệt đối với các khuôn có bề mặt lớn.

- Nhiệt luyện bánh răng và trục cam Hiện nay để tăng năng suất một số nước đã ứng dụng công nghệ nhiệt luyện laser để nhiệt luyện cho các bánh răng và trục cam.

Trên đây là tổng quan vềphương pháp nhiệt luyện bằng laser trong ngành công nghiệp cơ khí .Hy vọng qua bài viết của mình các bạn sẽ biết thêm  phương pháp nhiệt luyện bằng laser trong ngành công nghiệp cơ khí và áp dụng tốt vào thực tiễn sản xuất . Các bạn nếu có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì có thể comment dưới bài viết. Nếu bạn nào có đóng ghóp hay những kinh nghiệm về cơ khí, cơ điện tử cần chia sẻ tới mọi người xin gửi về email : cokhithanhduy@gmail.com.

Hẹn gặp các bạn ở các bài viết sau, và đừng quên để lại một like để ủng hộ cokhithanhduy nhé !

Tuấn Anh.

Tuan AnhGia công cơ khíKiến thức cơ khíTổng quan về nhiệt luyện bằng laser,Ưu nhược điểm của nhiệt luyện bằng laser
Xin chào các  bạn ! Laser là một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người . Kỹ thuật laser đã có những phát triển vượt bậc , được ứng dụng rộng rãi trong những ngành công nghệ và kỹ thuật. Hiện nay trên thế giới các phương pháp...