Processus de durcissement au laser : explication de la transformation de phase, de la fusion et du durcissement par choc

Le durcissement au laser est l'une des applications les plus récentes de la technologie laser dans le secteur manufacturier. Il utilise un faisceau laser pour chauffer localement et rapidement la surface d'une pièce métallique, de sorte que la dureté de la surface, la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion soient améliorées à des degrés divers et que la durée de vie soit prolongée. La base théorique est l'interaction entre le rayonnement laser et les matériaux - et le résultat spécifique dépend de trois facteurs : la puissance du laser, la densité d'énergie et le temps d'exposition.

Pour un aperçu complet du mécanisme métallurgique et de sa précision industrielle, consultez notre guide surdurcissement de surface au laser expliqué.

Selon la manière dont l'énergie laser est délivrée et absorbée, le durcissement au laser se divise en trois processus distincts.

1. Durcissement par transformation de phase

Le laser scanne la surface de la pièce et la chauffe rapidement au-dessus de la température critique. Lorsque le faisceau avance, le substrat froid évacue la chaleur presque instantanément, éteignant la zone et déclenchant la transformation martensite ou bainite. Il s'agit du procédé le plus largement utilisé, permettant d'obtenir une couche durcie contrôlée avec précision sans modifier la chimie de la pièce.

2. Fusion et durcissement par solidification

À des densités d'énergie plus élevées, la couche superficielle fond puis se resolidifie extrêmement rapidement. La structure fine et homogène qui en résulte offre une dureté et une résistance à la corrosion améliorées par rapport à la transformation à l'état solide seule.

3. Durcissement par choc

Une impulsion laser intense et courte génère une onde de choc qui -durcit la surface par déformation plastique. Ce processus introduit des contraintes résiduelles de compression, particulièrement utiles pour améliorer la résistance à la fatigue.

Les trois processus ne s'excluent pas mutuellement - ; ils diffèrent principalement par la puissance laser et la densité d'énergie, et peuvent être réglés pour correspondre au matériau et à la profondeur de durcissement requise.

Le durcissement au laser est particulièrement efficace dans sept scénarios où le traitement thermique conventionnel présente des difficultés :

1. Pièces de grande taille difficiles à insérer dans un four de traitement thermique.
2. Pièces nécessitant un traitement uniquement sur des surfaces localisées telles que des rainures, des trous et des bords.
3. Pièces difficiles à traiter avec un traitement thermique conventionnel.
4. Pièces de précision avec des limites strictes de distorsion du traitement thermique.
5. Durcissement superficiel des pièces en fonte.
6. Pièces sujettes aux fissures sous traitement thermique conventionnel.
7. Pièces qui ne parviennent pas à atteindre les exigences de dureté grâce au traitement thermique conventionnel.

En tant que processus rapide et sans contact, le durcissement au laser ne nécessite aucune trempe externe, produisant une distorsion minimale de la pièce et un cycle de refroidissement rapide. Comparé au durcissement à la flamme et à la carburation, il utilise un chauffage laser à haute densité-qui nécessite moins d'étapes et fonctionne plus rapidement. La couche durcie est uniforme et la dureté est généralement 15 à 20 % supérieure à celle du durcissement conventionnel. La profondeur et la trajectoire de chauffage sont simples à contrôler, faciles à régler et hautement automatisables.

Machine de durcissement laser King's Laser RS-LQM-R3000 3000W

Le durcissement de surface au laser est largement utilisé dans des domaines tels que les moules, la fabrication mécanique, le pétrole, l'industrie chimique, l'industrie légère, les outils matériels et les pièces automobiles en raison de ses excellentes performances de traitement thermique. Parmi eux, les alliages métalliques sont les matériaux les plus utilisés dans l'industrie, avec des microstructures complexes qui peuvent être contrôlées par traitement thermique au laser pour modifier leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques et obtenir des performances différentes. Les pièces typiques comprennent des moules, des engrenages, des arbres, des filetages, des rails de guidage, des chemises de cylindre, des produits militaires importants, etc.

Durcissement laser du moule

Trempe laser de la couronne dentée

Trempe laser de chemise de cylindre

Le durcissement au laser permet de renforcer la surface grâce à trois mécanismes : - transformation de phase, fusion-solidification et choc - sélectionnés en fonction de la puissance, de la densité d'énergie et du temps d'exposition. Pour une comparaison quantifiée de ces procédés avec les méthodes d'induction, de flamme et de carburation, lisez notre guide sur leavantages du durcissement de surface au laser. Pour un système automatisé-prêt pour la production, découvrez la machine de durcissement laser à fibre King's Laser RS-LQM-R3000 3000W.