Změna polohy a šířky difrakčních linií vyvolaná laserovým ohřevem

Michal Kolega¹, Ivo Kraus², Jaroslav Fiala¹

¹Nové technologie, Výzkumné centrum v západočeském regionu, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň
² Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, České vysoké učení technické v Praze, Trojanova 13, 120 00 Praha 2

Tepelné zpracování materiálů pomocí laserového paprsku, laserové zpevnění nebo laserové transformační zpevnění umožňuje vytvářet tvrdé, proti opotřebení odolné povrchové vrstvy. Soustředěním laserového paprsku lze dosáhnout velké místní hustoty energie a vysoké teploty za tak krátký čas, že se ještě nestačí uplatnit pomalé procesy vedení a sálání tepla. Laserovými paprsky lze tepelně zpracovávat tenké povrchové vrstvy látek, aniž při tom dojde k ovlivnění jejich vnitřní struktury. Laserové tepelné zpracování se využívá pro povrchové zpevnění součástí strojních zařízení, nástrojů a konstrukčních prvků, které jsou vystaveny různým druhům zatížení.

Cílem příspěvku je prezentace výsledků zjištěných pomocí světelné mikroskopie, rentgenové difrakce a měření mikrotvrdosti na laserem zpevněné uhlíkové oceli 12050.

Laserová modifikace povrchu ocele byla provedena pomocí CO₂ výkonového 2,5 kW laseru v kontinuálním režimu. Rychlost posuvu laserového paprsku vůči vzorku byla 700 a 1100 mm/min, průměr paprsku dopadajícího na materiál byl 6 mm.

Analýza metalografických výbrusů vedla k závěru, že ostře ohraničená stopa v oceli se skládá ve směru kolmém k povrchu z těchto oblastí : martenzit, bainit, bainiticko – feritická oblast a feriticko – perlitická matrice.

Průběh mikrotvrdosti byl určen

· na povrchu (kolmo k ose stopy),

· ve směru od povrchu dovnitř vzorku (rovnoběžně a kolmo vzhledem k povrchu).

Mikrotvrdost v oblasti laserové stopy vzrostla až o 350 %.

Pomocí rentgenové difrakce, kombinované s postupným elektrolytickým odleptáváním, byl stanoven hloubkový profil zbytkového napětí a šířky difrakční linie: uprostřed stopy (ve zpevněné oblasti) jsou tlaková napětí až –550 MPa, šířka difrakční linie dosahuje 3,5° 2J. Na rozhraní „laserová stopa – matrice“ jsou tahová napětí až 300 MPa.