すべての金属硬化プロセスの目的は、鋼や鋳鉄材料の構造変化を確実にし、より高い強度を与えることである。まず、元のフェライト-パーライト材料構造が加熱によってオーステナイト化され、次に焼入れによって硬いマルテンサイトに変化します。ここで、高出力ダイオードレーザーによる焼入れには、特定の応力領域のみに熱を供給できるという決定的な利点があります。複雑な部品の場合、他のゾーンでは初期構造の延性を維持しながら、部品を硬化させることができます。このような局所的な処理は、高周波焼入れでは多くの場合不可能であり、そのためレーザー焼入れに比べて不利になります。レーザーブレージングでは、ワークピースは硬化深さの浅い表面付近でのみ加熱されるため、熱は隣接する材料に非常に効率よく放出される。そのため、ほとんどの場合、焼入れ媒体を追加する必要がなく、コストを低く抑えることができる。反りは他の硬化技術と比較してむしろ最小であるため、一般的に材料の変形を修正するための追加的な方法は必要ない。
レーザー表面硬化のプロセスは、炭素含有量が十分であるため、一般的に従来の硬化方法が使用できるすべての材料に適用できます。レーザー焼入れでは、工具製造の鋼や鋳鉄など、部品の応力の高い部分のみが局所的に硬化されます。LaserlineOTZ Zoom光学系と組み合わせることで、摩耗応力や繰り返し応力のかかる部品の熱処理を、非常に効果的かつ柔軟に実現することができます。
ダイオードレーザーは、鉄鋼部品の表面硬化に特に適しています。レーザービームは、被加工物の表面に近い部分を900°Cから1500°Cの間で加熱し、元々フェライト-パーライト鋼組織の熱誘起オーステナイト化を引き起こします。ビームが移動すると、加工部品の材料は急速に冷却され（自己焼入れ）、硬いマルテンサイトが生成される。多くの理由から、このプロセスは誘導コイルやガス炎よりもレーザーの方が明らかに効率的に実現できる。第一に、材料は他の方法よりも物理的に早く加熱されます。第二に、硬化に関連するゾーンをより選択的に処理できる。つまり、局所的な入熱が加工物の特定の部分のみを加熱することを意味する。第三に、パイロメーターやサーモグラフィを組み込んだ特殊なビーム整形光学系を使用することで、入熱を正確な方法で行うことができます。これらの特性のおかげで、ダイオードレーザーは、ある部分では硬化が必要であるが、他の部分では延性を維持しなければならない幾何学的な複雑構造の処理に非常に適しています。さらに、このようなプロセスの利点は、コスト削減を可能にする。すなわち、材料の変形と自己焼き入れが少ないため、通常、歪み補正と冷却の点では何も（あるいはほとんど）必要ありません。最後に、このことは、必要な時間と材料という点でもプラスに作用する。
ダイオードレーザによる焼入れは、機械部品、工具、構成部品、商品など、その材料に特化した最大の硬度を達成することを可能にします。金属硬化プロセス中の温度調節は、各材料と用途に最適なプロセス結果を確実に到達させます。しかし、熱処理は、高強度材料の硬度を局所的に低下させ、その局所領域でより優れた変形性を提供するために使用することもできます。
他のプロセスと比較して、ダイオードレーザーには多くの利点があります：
この処理は、カムシャフトのような摩耗応力や繰り返し応力のかかる部品に特に最適です。すべてのガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは、鋼鉄と鋼鉄が擦れ合います。その結果、接触ゾーンは硬化する必要があり、そうでなければ部品はあまり長持ちしません。このような複雑な構造の場合、誘導法はほとんど役に立ちません。最新のカムシャフト（シリンダの休止やエンジン制御の変更のために、異なる形状のカムやシフトゲートを持つ）の構造には、ダイオードレーザでのみ可能な精密な表面硬化が必要です。ダイオードレーザは、大型のシートメタル工具の製造において、すでに10～15年前から使用されている最古の焼入れシステムで、長い歴史を誇っています。レーザービーム光源の価格がここ数年低下しているため、これらの典型的な使用分野と並んで、新しい用途が絶えず模索されている。
レーザー焼入れは表面硬化プロセスに関連しています。通常、鋼鉄や鋳鉄から作られた部品の超応力領域は、例えば車体構造用の工具製造のように、局所的なレベルでしか硬化されません。
梁構造は、加工物の表面近傍、例えば表面層でのみ加熱され、変化します。焼入れ・焼戻し鋼の場合、この硬化深さの領域は最大1.5 mm厚まで可能です。ダイオードレーザービームは、あらゆる方向から選択的かつ柔軟に被加工物に照射でき、被加工物の温度を正確に制御できるため、形状的に非常に複雑な部品の表面硬化を実施することが可能です。ギヤホイール、スプロケットホイール、カムシャフト、ウォームシャフトからロープドラムの把持工具や切断工具まで、ほとんど全ての表面形状をLaserlineのダイオードレーザで焼入れすることができます。
カムシャフトは内燃機関に使用されます。その複雑な形状は、制御時間の切り替えや部分的なシリンダー休止のために必要であり、また極端な材料応力使用シナリオのため、正確で選択的な硬化が必要です。そのため、部品端層の梁構造は局所的にのみ硬化されます。隣接する材料では、永久応力を受けたシャフトが高い静的荷重と動的荷重の両方に耐えられるように、延性構造を維持する必要があります。
製造請負会社や金属加工会社は、さまざまな理由から自社で焼入れ設備を購入する価値がないため、焼入れ工程の受注に頼っている。これらの企業は様々な分野で事業を展開しており、様々な要求への対応が必要です。Laserline社のダイオードレーザは優れたツールです。ビームをフレキシブルに、かつ正確な温度で導くことができるため、ほとんど全てのワークピースをうまく処理することができます。購入に関しては、比較的安価であるため、利用可能なビーム源の中で最も経済的に有利です。
加えて、エネルギー効率が高く、耐用年数が長く、メンテナンスの必要性が低いため、経済的に運用することができます。
チェコ共和国ピルゼンのMATEX PM社は、ダイオードレーザを使用した様々な金属アプリケーションのためのジョブショップソリューションを提供しています。MATEX社はLaserline社と共に、例えば直径2メートル、重量2.5トンの鋳鉄製ロープドラムを使用時の過度の摩耗から保護するためにレーザー硬化を可能にする方法を開発した。
焼入れに特に適したレーザーシステムは？ここではその一部をご紹介します。
