Princípio, características e aplicação da tecnologia de extinção a laser

O resfriamento a laser é um processo de ponta que utiliza feixes de laser de alta energia para aquecer a superfície do material além de seus pontos de transição de fase. À medida que o material esfria naturalmente, a austenita se transforma em martensita, criando uma camada endurecida com dureza e resistência ao desgaste excepcionais na superfície do produto. Essa técnica modifica significativamente a microestrutura e as propriedades da superfície da peça sem comprometer o desempenho geral do material base, alcançando um aumento localizado da resistência por meio de processamento térmico controlado.

As características do amortecimento superficial a laser incluem:

Alta densidade de potência: o resfriamento superficial a laser utiliza um feixe de laser focalizado como fonte de calor para aquecer rapidamente a superfície da peça e formar austenita.

Aquecimento e resfriamento rápidos: O processo atinge um aquecimento rápido em segundos (tipicamente de 0,01 a 0,001 segundos), minimizando efetivamente a deformação da peça. Este método de têmpera limpo e eficiente elimina a necessidade de água ou óleo como agentes de resfriamento. Comparado aos processos de têmpera por indução, têmpera por chama e cementação, a têmpera a laser proporciona uma camada uniformemente endurecida com dureza superior (tipicamente de 1 a 3 HRC a mais que a têmpera por indução).

Deformação mínima da peça: O rápido processo de aquecimento e resfriamento minimiza a deformação da peça, permitindo um controle preciso da profundidade e trajetória do aquecimento. Isso possibilita a automação sem a necessidade de bobinas de indução personalizadas para diferentes tamanhos de peças, como ocorre com o endurecimento por indução. Também elimina as limitações de tamanho do forno associadas a tratamentos térmicos químicos, como cementação e têmpera, para componentes grandes. Consequentemente, o endurecimento a laser está substituindo cada vez mais os métodos tradicionais, como o endurecimento por indução e o tratamento térmico químico, em diversas aplicações industriais. Notavelmente, o endurecimento a laser causa deformação insignificante do material antes e depois do tratamento. Para peças metálicas de alta temperatura, onde as temperaturas de têmpera se aproximam dos pontos de fusão, o endurecimento superficial por indução frequentemente danifica cantos ou áreas irregulares, resultando em sucata. O endurecimento superficial a laser evita completamente essa limitação.

Portanto, é particularmente adequado para o tratamento superficial de peças com requisitos de alta precisão. A peça tratada não precisa ser retificada e pode ser utilizada como a última etapa de acabamento.

Adequado para formatos complexos: Pode ser usado em componentes com formatos complexos, como furos cegos, furos internos, ranhuras pequenas, peças de paredes finas, etc. Grande versatilidade: Devido à grande profundidade de foco do laser, não há restrições rigorosas quanto ao tamanho, dimensões ou superfície das peças durante o resfriamento rápido. Em contraste, o resfriamento rápido de média a alta frequência existente exige sensores de indução personalizados para diversas peças;

A profundidade das camadas endurecidas a laser varia tipicamente entre 0,3 e 2,0 mm, dependendo de fatores como composição do material, especificações, características da superfície e parâmetros-chave de processamento. Ao realizar tratamentos de têmpera em pescoços de eixos de grandes engrenagens de transmissão ou componentes de eixos de motores, a rugosidade da superfície permanece essencialmente inalterada. Isso elimina a necessidade de usinagem posterior para atender a requisitos operacionais específicos.

O processo de têmpera a laser emprega dois métodos de varredura: varredura de banda estreita com pontos circulares ou retangulares e varredura de banda larga com pontos lineares. A largura da zona endurecida na varredura de banda estreita corresponde aproximadamente ao diâmetro do ponto, tipicamente dentro de 5 mm. Para aplicações de têmpera em grandes áreas, são necessárias varreduras sequenciais, onde zonas sobrepostas criam faixas de amolecimento. A largura dessas faixas depende das características do ponto, sendo que pontos retangulares uniformes geralmente produzem faixas menores. Para mitigar os efeitos adversos das faixas de amolecimento, utiliza-se a tecnologia de varredura de banda larga. Este método transforma pontos circulares focados em pontos lineares, expandindo significativamente a largura da varredura.

A pesquisa, o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia de têmpera a laser encontram-se atualmente em fase ascendente, embora ainda existam desafios no processamento de peças com formatos complexos. Contudo, como uma inovação de ponta em tratamento térmico, a têmpera a laser permite alcançar objetivos técnicos que os métodos tradicionais de têmpera superficial têm dificuldade em atingir. Notavelmente, este processo elimina a necessidade de fluidos de arrefecimento durante a produção, alinhando-se com o compromisso da indústria global com os padrões de "baixa oxidação e fabricação ecologicamente correta". Demonstra-se particularmente eficaz para o tratamento térmico superficial de diversos componentes mecânicos, incluindo arestas de ferramentas de corte, superfícies de vedação de válvulas, engrenagens pequenas, moldes em miniatura, peças automotivas, anéis de engrenagem, guias de máquinas-ferramenta, eixos de motores e eixos de redutores.