Principio, caratteristiche e applicazioni della tecnologia di spegnimento laser
La tempra laser è un processo all'avanguardia che utilizza fasci laser ad alta energia per riscaldare le superfici dei materiali oltre i loro punti di transizione di fase. Man mano che il materiale si raffredda naturalmente, l'austenite si trasforma in martensite, creando uno strato indurito con eccezionale durezza e resistenza all'usura sulla superficie del prodotto. Questa tecnica modifica significativamente la microstruttura e le proprietà delle superfici dei pezzi senza compromettere le prestazioni complessive del materiale di base, ottenendo un miglioramento localizzato della resistenza attraverso un processo termico controllato.
Le caratteristiche del raffreddamento superficiale laser includono:
Elevata densità di potenza: la tempra superficiale laser utilizza un raggio laser focalizzato come fonte di calore per riscaldare rapidamente la superficie del pezzo e formare austenite.
Riscaldamento e raffreddamento rapidi: il processo consente un riscaldamento rapido in pochi secondi (tipicamente 0,01-0,001 secondi), riducendo al minimo la deformazione del pezzo. Questo metodo di tempra pulito ed efficiente elimina la necessità di utilizzare acqua o olio come agenti di raffreddamento. Rispetto ai processi di tempra a induzione, tempra a fiamma e cementazione, la tempra laser produce uno strato indurito uniformemente con una durezza superiore (tipicamente 1-3 HRC in più rispetto alla tempra a induzione).
Deformazione minima del pezzo: il rapido processo di riscaldamento e raffreddamento riduce al minimo la deformazione del pezzo, consentendo un controllo preciso della profondità e della traiettoria di riscaldamento. Ciò permette l'automazione senza la necessità di bobine a induzione personalizzate per le diverse dimensioni dei pezzi, come richiesto dalla tempra a induzione. Elimina inoltre le limitazioni dimensionali del forno associate ai trattamenti termici chimici come la cementazione e la tempra per componenti di grandi dimensioni. Di conseguenza, la tempra laser sta progressivamente sostituendo i metodi tradizionali come la tempra a induzione e il trattamento termico chimico in diverse applicazioni industriali. In particolare, la tempra laser causa una deformazione trascurabile del materiale prima e dopo il trattamento. Per i pezzi metallici ad alta temperatura, dove le temperature di tempra corrispondono strettamente ai punti di fusione, la tempra superficiale a induzione spesso danneggia gli angoli o le aree irregolari, generando scarti. La tempra superficiale laser evita completamente questa limitazione.
Pertanto, è particolarmente adatto al trattamento superficiale di componenti con elevati requisiti di precisione. Il pezzo trattato non necessita di rettifica e può essere utilizzato come ultimo processo di finitura.
Adatto a forme complesse: può essere utilizzato per componenti di forma complessa come fori ciechi, fori interni, piccole scanalature, parti a parete sottile, ecc. Grande versatilità: grazie all'elevata profondità di focalizzazione del laser, non ci sono restrizioni rigide sulle dimensioni o sulla superficie dei pezzi durante il processo di tempra. Al contrario, la tempra a media-alta frequenza esistente richiede sensori a induzione personalizzati per i vari pezzi;
Lo spessore degli strati induriti al laser varia tipicamente tra 0,3 e 2,0 mm, a seconda di fattori quali la composizione del materiale, le specifiche, le caratteristiche superficiali e i principali parametri di processo. Quando si eseguono trattamenti di tempra sui colli degli alberi di grandi ingranaggi di trasmissione o sui componenti degli alberi motore, la rugosità superficiale rimane sostanzialmente invariata. Ciò elimina la necessità di lavorazioni successive per soddisfare specifici requisiti operativi.
La tempra laser impiega due metodi di scansione: la scansione a banda stretta con punti circolari o rettangolari e la scansione a banda larga con punti lineari. La larghezza della zona temprata nella scansione a banda stretta corrisponde strettamente al diametro del punto, in genere entro 5 mm. Per applicazioni di tempra su ampie superfici, sono necessarie scansioni sequenziali in cui le zone sovrapposte creano bande di rammollimento. La larghezza di queste bande dipende dalle caratteristiche del punto: i punti rettangolari uniformi generalmente producono bande più strette. Per mitigare gli effetti negativi delle bande di rammollimento, viene impiegata la tecnologia di scansione a banda larga. Questo metodo trasforma i punti circolari focalizzati in punti lineari, ampliando significativamente la larghezza di scansione.
La ricerca, lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di tempra laser sono attualmente in una fase di crescita, sebbene persistano delle difficoltà nella lavorazione di pezzi di forma complessa. Tuttavia, in quanto innovazione all'avanguardia nel trattamento termico, la tempra laser consente di raggiungere obiettivi tecnici che i metodi tradizionali di tempra superficiale faticano a conseguire. In particolare, questo processo elimina la necessità di fluidi di raffreddamento durante la produzione, allineandosi all'impegno dell'industria globale verso gli standard di "produzione a bassa ossidazione ed ecocompatibile". Si dimostra particolarmente efficace per il trattamento termico superficiale di diversi componenti meccanici, tra cui taglienti di utensili, superfici di tenuta delle valvole, piccoli ingranaggi, stampi in miniatura, componenti automobilistici, corone dentate, guide per macchine utensili, alberi motore e alberi di riduzione.