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Mikrostrukturelle Änderungen durch Laserbestrahlung 
M. Geiger, T. Hennige, F. Vollertsen; Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Erlangen 
1 Einleitung 
Das Gebiet der Laserstrahlmaterialbearbeitung ist in den vergangenen Jahren kontinuierlich 
gewachsen. Selbst wenn man versucht, sich ‘nur’ auf die bestrahlungsbedingten Gefügeänderungen zu 
beschränken (was nicht bedeuten soll, daß andere Aspekte unwesentlich sind), stößt man auf eine 
mindestens 4-dimensionale Matrix, die durch die Dimensionen Werkstoff, Lasertyp, 
Oberflächentemperatur und Untersuchungsmethode aufgespannt wird. 
Hinsichtlich der Werkstoffe gibt es im Bereich der metallischen Werkstoffe scheinbar keinen, der 
nicht in irgendeiner Weise laserbehandelt wird. Natürlich sind die Zielsetzungen unterschiedlich, 
jedoch wird der Laserstrahl als sehr flexibles Werkzeug gerne anderen Wärmequellen vorgezogen. 
Der Lasertyp beeinflußt über die Wellenlänge die Emkopplung des Strahls in das Werkstück [1, S. 
141ff] sowie die Wechselwirkungszeit [2, S: 54]. Hiermit werden im Hinblick auf die 
Gefügeänderungen unterschiedliche Aufheizgeschwindigkeiten erreicht, die, bedingt durch die 
Geschwindigkeit der Elementarprozesse (Diffusion, Versetzungsbewegung, Gitterumwandlung), das 
Ergebnis der Bestrahlung mit beeinflussen. 
Die Oberflächentemperatur ist die wesentliche Kenngröße für die Oberflächenbehandlung. Sie ist das 
Ergebnis aus eingekoppelter Leistung und Wärmeleitung, die ihrerseits von der Wellenlänge des 
Laserstrahls, der Oberflächenbeschichtung, den Werkstoffeigenschaften und der Geometrie abhängen. 
Im Zentrum eines ruhenden Laserstrahls mit gaußförmiger Intensitätsverteilung wird im stationären 
Fall bei Bestrahlung einer halbunendlichen Platte eine Temperatur 
A 
PA A) 
VxAd. 
erreicht [3, 4]. Im Fall einer eindimensionalen Wärmeleitung, z.B. bei der Bestrahlung einer 
halbunendlichen Platte mit einer homogenen Flächenquelle, wird nach der Bestrahlungszeit t die 
Oberflächentemperatur (siehe z.B. [5, S. 751) 
4A 
nd; Ac„p 
erreicht. 
Die für die Oberflächenbehandlung relevante Eindringtiefe des Temperaturfelds 1äßt sich über die 
Wärmeleitungsgleichung zu 
| 2Ad, 
1 C„pV 
berechnen. Diese Gleichungen gelten zwar nur unter sehr weitreichenden Einschränkungen, sie 
veranschaulichen jedoch deutlich die Einflüsse auf das Temperaturfeld. Die Gestalt des