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Lasermikropolieren von Metallen

Laser micro polishing of metals
 
: Nüsser, Christian

:
Volltext (PDF; )

Aachen: Apprimus Verlag, 2018, III, 199 S.
Aachen, TH, Diss., 2017
Ergebnisse aus der Lasertechnik
ISBN: 978-3-86359-618-7
ISBN: 3-86359-618-8
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer ILT ()
Lasermikropolieren; Laserpolieren; Oberfläche; Glättung; Rauheit

Abstract
In der vorliegenden Arbeit werden verfahrens- und werkstofftechnische Grundlagen zum Lasermikropolieren metallischer Werkstoffe mit gepulster Laserstrahlung beispielhaft für die Werkstoffe TiAl6V4, X37CrMoV5-1 und Al Zn5Mg3Cu erarbeitet. Dabei wird der Einfluss der Werkstoffeigenschaften und der Verfahrensparameter auf die Oberflächentopographie nach der Lasermikropolitur qualitativ und quantitativ ermittelt. Als wesentliche Prozesskenngrößen werden die maximale Temperatur und die Existenzdauer des Schmelzbads identifiziert. Diese beeinflussen die Glättung signifikant und hängen wesentlich von der Fluenz und der Pulsdauer ab. Die Existenzdauer der Schmelze kann durch zusätzliche cw-Laserstrahlung zur Vorwärmung der Oberfläche verlängert werden, sodass eine stärkere Reduzierung der Rauheit erreicht wird. Werkstoffphysikalische Prozesse während des Abkühlens der Oberfläche, wie zum Beispiel die Bildung von Martensit oder einer Stufenstruktur, erhöhen vor allem die Mikrorauheit. Einige Verfahrensparameter besitzen nur einen geringen oder keinen Einfluss auf die Rauheit und können so angepasst werden, dass eine hohe Flächenrate und gleichzeitig ein geringer Wärmeeintrag in das Werkstück erreicht werden. Neben der Erarbeitung der verfahrenstechnischen Grundlagen erfolgen Untersuchungen hinsichtlich der Lasermikropolitur dreidimensionaler Freiformflächen. Auf Basis der Ergebnisse wird erstmals die Verwendung einer CAD-CAM-Prozesskette für das Lasermikropolieren solcher Flächen demonstriert.

 

In the present dissertation, the process- and material-related fundamentals of laser micro polishing of metals with pulsed laser radiation are investigated with the materials TiAl6V4, X37CrMoV5-1 and Al Zn5Mg3Cu. The investigations aimed to determine how the material properties and the process parameters influence the surface topography after laser micro polishing qualitatively and quantitatively. It is identified that the essential key parameters during polishing are the maximum temperature and the melt duration, which significantly influence the smoothing of the surface and mainly depend on the fluence and the pulse duration. The melt duration can be prolonged by the use of additional cw laser radiation for preheating of the surface, whereby a lower roughness is achieved. Material-physical processes during cooling of the surface, for example the formation of martensite or a step-structure, mainly increase the micro roughness. Some process parameters only have a small or even no influence on the surface roughness. They can be adapted in such a way that a high processing speed and at the same time a low heat input into the material is achieved. Beside the basic investigations, laser micro polishing of three-dimensional freeform surfaces is examined. Based on the results, the use of a CAD-CAM process chain for laser micro polishing of such surfaces is demonstrated for the first time.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-503871.html