Laserové kalení
Laserový paprsek zakalí velmi tenkou vrstvu s minimálním tepelným ovlivněním okolí.
- Účel
- Přesné lokální kalení bez deformací a bez chladicího média.
- Typické použití
- Formy, hrany nástrojů, přesné strojní díly.
- Vhodné materiály
- Nástrojové a zušlechtěné oceli, litina.
- Kategorie
- Povrchové kalení
Jak proces funguje
Laserové kalení patří mezi nejpřesnější metody transformačního povrchového kalení. Koncentrovaný laserový paprsek lokálně ohřeje kovový povrch nad austenitizační teplotu; po posunutí paprsku se teplo velmi rychle odvádí do relativně studeného objemu dílu (samokalení, self-quenching). Ve většině aplikací proto není potřeba voda, olej ani polymerní kalicí postřik a rychlé ochlazení vytvoří martenzitickou vrstvu s minimální deformací.
Jde o transformační kalení v pevném stavu, nikoli o přetavování – povrch projde fázovou transformací, ale nemá se roztavit. Vysokovýkonné diodové nebo vláknové lasery vytvářejí optikou definovanou stopu, kterou robot nebo CNC systém vede po povrchu. Pyrometr nebo termokamera sleduje teplotu povrchu a v uzavřené regulační smyčce řídí výkon laseru tak, aby teplota zůstala mezi austenitizační teplotou a teplotou tavení.
Klíčové procesní parametry
- Typická hloubka vrstvy: cca 0,1–1,5 mm; při některých nastaveních až ~2,5 mm
- Povrchová tvrdost u vhodné oceli: cca 55–65 HRC (AISI 4340: martenzitická zóna hluboká ~0,4 mm)
- Hloubka závisí na hustotě výkonu, velikosti stopy, rychlosti posuvu a absorpci povrchu
- Zpracování složitých 3D drah robotem bez specifického induktoru
- Překrývání drah (overlap) musí být optimalizováno – riziko vzniku změklých zón
- Absorpce: moderní diodové lasery často nepotřebují absorpční nátěr
Typické aplikace
- Formy, lisovací a ohýbací nástroje
- Vačky, vodicí lišty a ozubené segmenty
- Těsnicí plochy a hrany nástrojů
- Přesné strojní díly v konečných rozměrech
- Menší série a geometricky komplikované díly (změna programu místo nové cívky)
Výhody
- Extrémně přesné lokální zpracování s malou tepelně ovlivněnou oblastí
- Jedna z technologií s nejnižší deformací – bez tepelného šoku při kalení v kapalině
- Zpravidla bez kapalného kalicího média
- Vysoká automatizovatelnost a flexibilita programovatelných drah
- Nevyžaduje fyzický kontakt ani výrobu induktoru
Omezení a rizika
- Vyšší cena zařízení než u technologie kalení plamenem
- Menší hloubka vrstvy než při indukčním kalení nebo kalení plamenem
- Paprsek vyžaduje přímou optickou viditelnost povrchu
- Příliš vysoký výkon způsobuje povrchové přetavení a změnu profilu tvrdosti
- Při překrytí drah hrozí lokální popuštění martenzitu (oblast změknutí)
Kontrola kvality
- Profil mikrotvrdosti a metalografická kontrola
- Kontrola šířky a hloubky laserové stopy
- Měření deformace a zkoušky na přítomnost trhlin
- Stanovení hloubky SHD podle ISO 18203:2026 (výslovně zahrnuje laserové kalení)
Vhodné materiály
Vhodné jsou zejména středněuhlíkové a nástrojové oceli – například C45, 42CrMo4, 100Cr6, různé nástrojové oceli a litiny. Základní materiál musí obsahovat dostatek uhlíku pro vznik martenzitu.
Bezpečnost a BOZP
Průmyslové kalicí lasery patří mezi vysokovýkonné laserové systémy. Rizikem není pouze přímý paprsek, ale také odražené záření od lesklého kovu, požár a kouř ze znečištěného povrchu. Základním bezpečnostním dokumentem je IEC 60825-1:2014.
Související 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