91 PRZEGLĄD SPAWALNICTWA Vol. 89 5/2017 Symulacja numeryczna i badania cykli cieplnych hartowania laserowego stali narzędziowej WCL Numerical simulation and heat cycle examination of WCL steel laser hardening. Mgr inż. Bernard Wyględacz; dr inż. Tomasz Kik; dr inż. Damian Janicki – Politechnika Śląska. Autor korespondencyjny/Corresponding author: bernard.wygledacz@polsl.pl Streszczenie W artykule tym zamieszczono wyniki badań przebiegu cykli cieplnych hartowania laserowego stali WCL za pomo- cą lasera diodowego ROFIN DL 020. Cykl cieplny mierzono na głębokościach 0,5, 1, 2 i 3 mm od powierzchni obrabia- nej, pomiary uzupełniono rozkładem powierzchniowym pól temperatur wykonanym kamerą termografczną. Przeprowa- dzone symulacje numeryczne metodą MES w oprogramo- waniu Sysweld pozwoliły na stwierdzenie wysokiej korelacji wyników symulacji z pomiarami i brak błędów związanych z zakłóceniami wprowadzonymi przez metody pomiarowe. Słowa kluczowe: hartowanie laserowe; stal WCL; symulacje numeryczne; laser diodowy; Sysweld Abstract In this article results of heat cycle examination of WCL steel laser hardening with use of ROFIN DL 020 diode laser were presented. Heat cycle was measured on depths 0.5, 1, 2 and 3 mm from worked plane, measurements were sup- plemented with planar temperature feld made with ther- mographic camera. Numerical FEM simulations of process carried with use of Sysweld software enabled determination of high convergence of simulation results with measure- ments and lack of errors introduced by measurements meth- ods. Keywords: laser hardening; WCL steel; numerical simulation; diode laser; Sysweld Wstęp Hartowanie laserowe jest procesem zmiany właściwości warstwy wierzchniej stopów metali na osnowie żelaza, ma- jącym na celu zwiększenie odporności na ścieranie. Utwar- dzanie powierzchniowe stosuje się w produkcji narzędzi, krzywek, kół zębatych, wałów, w przemyśle samochodowym, przy produkcji turbin oraz w innych branżach [1]. Warstwom utwardzanym stawia się przede wszystkim wymagania co do twardości, jak i odporności na obciążenia dynamicz- ne. Hartowanie laserowe posiada szereg zalet w porównaniu do hartowania na wskroś. Przy hartowaniu jedynie cienkiej warstwy unikamy nadmiernych odkształceń hartowniczych oraz pęknięć z nimi związanych. Hartowanie laserowe jest to proces szybszy i oszczędny energetycznie w porównaniu z hartowaniem objętościowym. Bardzo wysokie prędkości nagrzewania i chłodzenia powodują występowanie drobno- martenzytycznej struktury o wysokiej twardości, a jednocze- śnie dostatecznej odporności na obciążenia dynamiczne pozwalając na stosowanie warstw hartowanych laserowo bez wyżarzania. Twardość wtórna w warstwach hartowa- nych laserowo zwykle jest wyższa niż w warstwach hartowa- nych konwencjonalnie, co powoduje, że także po wyżarzaniu Bernard Wyględacz, Tomasz Kik, Damian Janicki przeglad Welding Technology Review odpuszczającym warstwy te posiadają własności lepsze niż w przypadku użycia konwencjonalnych metod harto- wania [2]. Możliwość skupienia wiązki w znacznej odległo- ści od głowicy pozwala na obróbkę miejsc niedostępnych dla metod takich jak hartowanie indukcyjne czy płomienio- we. Niewielka zmiana chropowatości powierzchni obrabia- nej, jak i brak oksydacji, przy użyciu odpowiedniej osłony, pozwalają na zmniejszenie ilości operacji po hartowaniu. Ponadto możliwa jest znacznie dokładniejsza kontrola cie- pła wprowadzanego do elementu przez laser, jak i gęstości energii źródła laserowego, co w efekcie daje możliwość projektowania w pewnych granicach własności różnych powierzchni obrabianego elementu. Wysokie prędkości chłodzenia pozwalają na zachowanie większej ilości pier- wiastków stopowych w roztworze co może wspomagać od- porność korozyjną takiej warstwy. Grubość warstwy harto- wanej laserowo zawiera się zwykle w granicach od 0,25 mm do 0,75 mm [3]. Jednak proces hartowania laserowego nie jest łatwy w aplikacji. Potrzeba zachowania odpowiedniego czasu przebywania w temperaturach austenityzacji lub wysokiego