Miejscowa modyfikacja powierzchni (często określana również jako „obróbka warstwy powierzchniowej”) może być stosowana do wytwarzania zmodyfikowanych właściwości w wybranych obszarach powierzchni przedmiotu obrabianego, precyzyjnie i tylko tam, gdzie jest to konieczne, jak ma to miejsce na przykład w przypadku hartowania. Precyzyjnie kontrolowana wiązka elektronów jest wykorzystywana do wprowadzenia precyzyjnie określonej ilości ciepła wymaganej dla określonego procesu w bardzo krótkim czasie. W tym procesie przekształcane są tylko strefy blisko powierzchni (0,1 - 1 mm; czasami więcej), a bryła komponentu pozostaje nienaruszona, co skutkuje minimalnym zniekształceniem komponentu.

Inną uderzającą cechą modyfikacji powierzchni wiązką elektronów jest to, że nie jest wymagane zewnętrzne chłodzenie, ponieważ rozpraszanie ciepła w masie komponentu jest wystarczające.

Modyfikacja powierzchni jako poddziedzina technologii EB ma wiele możliwych zastosowań – praktycznie we wszystkich obszarach inżynierii mechanicznej, inżynierii samochodowej, technologii medycznej, technologii lotniczej i kosmicznej i wielu innych.

Osie sterowane numerycznie w procesie: obrót, ognisko, odchylenie

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

Warianty technologiczne

Modyfikacja powierzchni przy użyciu wiązki elektronów

Istnieje wiele różnych opcji procesu. Ważne jest rozróżnienie między procesami, które zachodzą w fazie stałej, tj. bez topienia powierzchni, która mogła nawet zostać wcześniej zmielona, a procesami, które zachodzą poprzez przepływ stopu blisko powierzchni, a tym samym umożliwiają znacznie większe zmiany właściwości (ale zwykle wymagają również obróbki końcowej).

Poniższy diagram przedstawia kategoryzację możliwych modyfikacji powierzchni wiązką elektronów. Aby uzyskać więcej informacji, proszę kliknąć na aktywne przyciski na grafice.

Modyfikacja powierzchni OFM

STAŁA

Utwardzanie

W stalach energia wiązki elektronów najpierw tworzy austenit w pobliżu powierzchni, z którego następnie w wyniku niezwykle szybkiego samohartowania z wystarczającą zawartością C tworzy się bardzo twardy martenzyt. Strefa utwardzania nie jest warstwą powłoki, lecz stopniowo przechodzi w niezmieniony materiał podstawowy.

Hartowanie wiązką elektronów można również połączyć z wcześniej przeprowadzonym procesem termochemicznym, np. azotowaniem.

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

Przekształcanie

Jeśli pobór energii zostanie odpowiednio dozowany, obszary powierzchni w fazie stałej również mogą zostać przekształcone lokalnie i w ograniczonym zakresie. Rodzaj i stopień przekształcenia zależne są od metalurgicznych właściwości materiału elementu konstrukcyjnego. W przypadku stali jednym z przykładów jest odpuszczanie: W razie potrzeby można go również stosować na powierzchniach utwardzonych za pomocą EB w celu ograniczenia pewnej maksymalnej twardości.

PŁYNNA:

Teksturowanie

Ze względu na punktowe działanie wiązki elektronów, powierzchnia topi się w najmniejszych obszarach, a po zestaleniu tworzą się nierówności, takie jak miseczki lub podobne. Te stosunkowo proste tekstury mogą następnie nadać powierzchni określoną przyczepność, na przykład na rolkach itp.

Bardziej złożone wzorce uderzenia z szybkim odchyleniem strumienia (EBO Jump) prowadzą do ukierunkowanego osadzania pary, wyrzucania i redystrybucji materiału. Pozwala to na tworzenie złożonych struktur, dostosowanych do określonych wymagań.


Zdjęcia elementów wykonanych w procesie Surfi-Sculpt® dzięki uprzejmości TWI Ltd.

Utwardzanie

Aby osiągnąć duże głębokości utwardzania (kilka milimetrów) w stopach żelaza, można lokalnie roztapiać powierzchnię. Samoczynne hartowanie powoduje zmianę strukturalną wraz z odpowiednim wzrostem twardości, np. w martenzycie lub ledeburycie.

Ze względu na proces topnienia powierzchnia elementu konstrukcyjnego staje się nierówna i na ogół wymaga dodatkowej obróbki. Stosując siatki paskowe lub punktowe w procesie EB, można uniknąć topienia zbyt dużych przylegających obszarów i tworzenia nadmiernych nierówności.

Elektronenstrahl 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.

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 twarde materiały mogą być osadzane lokalnie na powierzchni komponentu w celu zwiększenia odporności na zużycie podczas przetapiania wiązką elektronów. 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.

Elektronenstrahl

Wtopione węgliki wolframu

Elektronenstrahl

Roztopione węgliki wolframu

Stapianie

Obrabiana powierzchnia może być stopiona w określony sposób poprzez dodanie innych materiałów, takich jak drut lub warstwa powłoki, do procesu przetapiania EB. W ten sposób możliwa jest celowa zmiana właściwości.