Laserstrahlhärten

Verfahrensprinzip beim Laserstrahlhärten von Stahl

Ein Laserstrahl erwärmt die Bauteiloberfläche in einer eng begrenzten Spur auf Härtetemperatur. Die Wärme dringt nur in die oberflächennahe Zone ein; die Abkühlung erfolgt in vielen Fällen durch Wärmeableitung in das kältere Bauteilinnere. Dadurch entsteht eine gehärtete Randschicht, ohne dass das gesamte Werkstück durchgewärmt werden muss. Ob das Verfahren geeignet ist, hängt unter anderem von Stahlgüte, Ausgangszustand, Geometrie und der geforderten Härtetiefe ab.

Typische Einsatzbereiche für lokal gehärtete Funktionszonen

Laserstrahlhärten wird für Bauteile verwendet, bei denen bestimmte Bereiche höherem Verschleiss oder lokaler mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind. Dazu zählen beispielsweise Führungsbahnen, Zahnflanken, Kanten, Nocken, Sitzflächen oder andere Kontaktzonen. Das Verfahren ist besonders dann sinnvoll, wenn die Härte gezielt nur dort eingebracht werden soll, wo sie funktional benötigt wird. Auch bei komplexeren Konturen kann die Energie präzise auf einzelne Bahnen oder Segmente geführt werden.

Einflussgrössen auf Härtetiefe und Ergebnis

Das Resultat wird durch mehrere Prozessparameter bestimmt, darunter Laserleistung, Vorschub, Spotgeometrie, Überdeckung der Bahnen und die Absorption an der Oberfläche. Ebenso relevant sind Werkstoffzusammensetzung, Bauteildicke und die Wärmeableitung im Grundmaterial. Je nach Aufgabe können einzelne Spuren, überlappende Bahnen oder definierte Teilflächen bearbeitet werden. Die erzielbare Randschichthärtung muss immer mit Werkstoff und Bauteil abgestimmt werden, da nicht jeder Stahl gleich auf den Prozess reagiert.

Abgrenzung zu Induktionshärten, Flammhärten und anderen Verfahren

Innerhalb der Wärmebehandlung von Stahl gehört Laserstrahlhärten zu den Verfahren für lokal begrenzte Randschichthärtung. Im Unterschied zum Induktionshärten erfolgt die Erwärmung nicht über ein elektromagnetisches Feld, sondern direkt über den Laserstrahl; dadurch lassen sich sehr kleine oder konturgeführte Zonen gezielt bearbeiten. Gegenüber dem Flammhärten arbeitet das Verfahren ohne offene Flamme und mit enger begrenztem Wärmeeintrag. Von Verfahren wie Einsatzhärten, Nitrieren oder Carbonitrieren unterscheidet sich Laserstrahlhärten dadurch, dass keine thermochemische Veränderung der Randschicht durch Einbringen von Elementen im Vordergrund steht.