Anwendungsgebiete

Za pomocą lokalnej modyfikacji powierzchni (obróbki warstwy powierzchniowej) można w wybranych obszarach na powierzchni metalowych elementów konstrukcyjnych uzyskać właściwości zmienione przez różne procesy (utwardzanie, przetapianie, konturowanie itd.). Za pomocą dokładnie sterowanej wiązki elektronów w ciągu bardzo krótkiego czasu wprowadzana jest dokładnie taka ilość ciepła, jaka jest potrzebna dla określonego procesu. Przekształcane są przy tym tylko strefy bliskie powierzchni (0,1 - 1 mm; niekiedy również więcej), bez wpływu na lity materiał elementu konstrukcyjnego. Następstwem minimalnej ilości wprowadzanego ciepła jest również minimalne odkształcenie elementu konstrukcyjnego.

W przypadku elektronowej modyfikacji powierzchni wyróżniającą się cechą (poza wyżej wymienionym ograniczeniem lokalnym) jest rezygnacja z jakiegokolwiek chłodzenia zewnętrznego, wystarczające jest odprowadzanie ciepła do litego materiału elementu konstrukcyjnego.

Możliwości zastosowania obejmują praktycznie wszystkie dziedziny budowy maszyn, przemysłu samochodowego, techniki medycznej, lotnictwa i astronautyki itp.

Sterowane numerycznie osie obróbki powierzchni

Osie sterowane numerycznie w procesie: obrót, ognisko, odchylenie

Obróbka powierzchni 51CrV

51CrV: 4 owalne tory krzywkowe, głębokość utwardzania > 0,4 mm

Warianty technologiczne

Modyfikacja powierzchni przy użyciu wiązki elektronów

Możliwości procesowe są nadzwyczaj różnorodne. Poniższy schemat przedstawia podział możliwych elektronowych modyfikacji powierzchni. Istotne jest rozróżnienie procesów, które przebiegają w fazie stałej (a więc bez jakiegokolwiek topnienia powierzchni, która może być wcześniej nawet oszlifowana) i procesów, które wykraczają poza topnienie materiału w pobliżu powierzchni i tym samym umożliwiają wyraźnie większe zmiany właściwości (najczęściej jednak wymagają również obróbki dodatkowej).

haerten diagramm

alt alt alt alt alt alt alt

Modyfikacja powierzchni OFM

STAŁA

Utwardzanie

W przypadku stali energia wiązki elektronów najpierw w pobliżu powierzchni wytwarza austenit, z którego następnie przez bardzo szybkie samohartowanie przy wystarczającej zawartości węgla powstaje martenzyt. Strefa utwardzania nie jest warstwą powłoki, lecz stopniowo przechodzi w niezmieniony materiał podstawowy.

Utwardzanie elektronowe można również łączyć z przeprowadzonym wcześniej procesem termochemicznym, np. azotowaniem.

Przykład: Wycinek szlifu poprzecznego Profil utwardzania powierzchni
mierzony do materiału podstawowego HV 0,3
Profil utwardzania powierzchni Profil utwardzania powierzchni

Przekształcanie

Przy odpowiednim „dozowaniu“ wprowadzanej energii wiązki elektronów można również lokalnie (z ograniczeniem miejsca) przekształcać obszary powierzchniowe w fazie stałej. Rodzaj i stopień przekształcenia zależne są od metalurgicznych właściwości materiału elementu konstrukcyjnego. Przykładem w przypadku stali jest odpuszczanie. W razie potrzeby może być ono stosowane również do powierzchni hartowanych elektronowo, aby ograniczyć określoną twardość maksymalną.

PŁYNNA

Teksturowanie

Dzięki punktowemu oddziaływaniu EB powierzchnia roztapiana jest w najmniejszych obszarach. Podczas zastygania tworzy nierówności (miseczki itp.). Te stosunkowo proste tekstury nadają powierzchni np. zdefiniowany chwyt (np. podczas walcowania itd.).

Bardziej zaawansowane wzory oddziaływania (za pomocą szybkiego odchylania wiązki) prowadzą do celowego odparowywania, narzucania i zmiany rozkładu materiału, w wyniku czego można tworzyć złożone struktury, skrojone na miarę dla określonych wymagań.

Teksturowanie Teksturowanie Teksturowanie

Utwardzanie

Aby osiągnąć duże głębokości utwardzania (kilka milimetrów) w stopach żelaza, można lokalnie roztapiać powierzchnię. Rezultatem samohartowania jest zmiana struktury (np. martenzyt lub ledeburyt) z odpowiednim wzrostem twardości.

Ze względu na proces topnienia powierzchnia elementu konstrukcyjnego staje się nierówna i na ogół wymaga dodatkowej obróbki. Dzięki zastosowaniu w procesie EB rastrów paskowych lub punktowych można uniknąć roztopienia zbyt dużych obszarów powiązanych i uzyskania zbyt dużych nierówności powierzchni.

haerten 2 1

Przekształcanie

Podobnie jak w przypadku utwardzania z fazą płynną w przypadku stopów żelaza można uzyskać zmiany również w strukturze innych materiałów. W szczególności w przypadku materiałów żeliwnych z ich typową strukturą grubokrystaliczną można w ten sposób osiągnąć wysubtelnienie uziarnienia, którego następstwem są porównywalnie lepsze właściwości wytrzymałości na ścieranie.

umwandeln Przykład: Stop tłokowy Al-Si

z lewej: struktura pierwotna odlewu, z prawej: struktura po przetopieniu elektronowym (w tej samej skali)

Stapianie

Zatapianie twardych materiałów

W szczególności można w celu zwiększenia odporności na ścieranie lokalnie zatapiać w powierzchni elementu konstrukcyjnego twarde materiały, kiedy jest ona przetapiana metodą elektronową. Przy umiarkowanej ilości wprowadzonej energii twarde cząsteczki w strefie przetapiania pozostają zachowane, w przypadku większej ilości wprowadzonej energii zostaną one rozszczepione i drobno rozdzielone lub nawet wtopione.

einbetten 1 

einbetten 2 1

Wtopione węgliki wolframu

einbetten 3 1

Roztopione węgliki wolframu

Stapianie

Przez dodanie innych materiałów (np. w postaci drutu lub warstwy powłokowej) w procesie przetapiania elektronowego można w zdefiniowany sposób nasycić dyfuzyjnie obszar powierzchnie poddawany obróbce. W ten sposób możliwa jest celowa zmiana właściwości.

PTR Strahltechnik GmbH
Am Erlenbruch 9
63505 Langenselbold • Germany
Phone: +49 6184 2055-0
Fax: +49 6184 2055-300
Email: zentrale@ptr-ebeam.com
Member of Global Beam Technologies AG

PTR Strahltechnik

 

LOGIN

Lade...