INTRODUÇÃOO tratamento térmico de metais e ligas baseia-se no aquecimento local da superfície de interesse pela exposição

a uma determinada radiação, seguido de um rápido resfriamento desta superfície. O tratamento térmico de aços com laser por analogia a outros tipos de tratamentos térmicos consiste na formação de uma estrutura austenítica no estágio de aquecimento e sua subseqüente transformação em martensita em um estágio de resfriamento [1]. Para aumentar a dureza e a absorção de energia, diversos recobrimentos de materiais absorvedores da radiação incidentes são comumente utilizados, tais como grafite e disiliceto de molibdênio sob a forma de uma fina camada de pintura sobre a superfície a ser tratada termicamente. A aplicação de uma fina camada destes absorvedores, fazem com que cerca de 90% da radiação incidente do laser seja absorvida pelo aço, contribuindo sensivelmente para a redução da potência do equipamento necessário ao processamento de interesse. O presente trabalho avalia o comportamento de uma superfície de um aço AISI M2, previamente recoberta com uma camada da ordem de 200 micrometros de uma solução de grafita diluído em álcool etílico, irradiada por um laser CW de CO2 de 50W e diâmetro de feixe de 30 micrometros. Neste trabalho a microdureza superficial será correlacionada as alterações de fases estruturais, através de ensaios em um microdurômetro e em um difratômetro de raios-X, respectivamente.

EXPERIMENTAL

RESULTADOS E DISCUSSÃO

RESUMONeste trabalho apresenta-se a utilização de um laser de CO2 (50W) para tratar termicamente a superfície de aços AISI M2. Um inconveniente neste processo,

é que a superfície do aço reflete cerca de 90% da radiação incidente (10,5µm). Para minimizar esta reflexão, aplicou-se na superfície do aço, um material que atua como um absorvedor da radiação incidente, para em seguida, transferir parte do calor absorvido a superfície do aço. As alterações micro-estruturais, ocorridas no aço, em conseqüência da transferência de calor a partir da camada absorvedora, foram avaliadas através de microscopia ótica (MO) e análise de microdureza(MD). Por MO observou-se na secção transversal da região tratada por laser a presença de uma camada mais clara que o núcleo da amostra, com espessura da ordem de 30µm e por MD constatou-se que esta camada possui dureza cerca de 30% maior que as regiões sem tratamento com o laser.

J. L. dos Reis 1, G. de Vasconcelos 2, L.C.M. Lavras 2, OD. Abreu 2, A.F. Ferreira 1

1Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA-CTA2Instituto de Estudos Avançados IEAV-CTA

São José dos Campos - SP

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA APLICAÇÃO DE UMA CAMADA DE GRAFITA NO TRATAMENTO TÉRMICO SUPERFICIAL DO AÇO AISI M2 COM LASER DE CO2

DE BAIXA POTÊNCIA

CONCLUSÃO

O material particulado utilizado neste trabalho, foi obtido a partir de cavacos gerados a partir da usinagem de um tarugo de grafita, que em seguida foi triturado em moinho de bolas por via úmida. Após a secagem em forno elétrico, efetuou-se a classificação e separação das partículas por peneiramento.

Preparou-se uma solução com as partículas maiores que 0,037mm e menores que 0,044mm, adicionando-secarboximetilcelulose (CMC) na proporção de 1% da massa de grafite e 15ml de álcool etílico PA como solvente.

Aplicou-se, por meio de uma pistola pneumática, uma camada uniforme da ordem de 200 micrometros da solução preparada na superfície do corpo de prova.

As amostras de AISI M2 de 7x10x30 mm3 (Fig. 2) recobertas com esta fina camada de grafita foram irradiadas com um feixe de laser de CW de CO2 marca SYNRAD J48-50W (Fig. 1). Os principais parâmetros do processo são: Intensidade do feixe de laser em W/cm2, velocidade de varredura do feixe em mm/s e tempo de exposição a radiação laser em segundos.

Após irradiadas, conforme apresenta a Fig. 3, as amostras foram embutidas em resina de baquelite, polidas manualmente através de lixas e solução de diamante até 3micrometros e em seguida, fez-se medidas de microdureza na sua secção transversal à superfície irradiada. Os resultados da análise de microdureza antes e após o tratamento com laser são apresentados na Figura 5.

Figura 2: Corpo de Prova de AISI M2 após a aplicação da solução de grafite.

A Figura 3 apresenta:02 corpos de provas com grafita aplicada em toda sua extensão,01 corpo de prova sem aplicação e01 corpo de prova apresentando a região irradiada com o feixe de laser.

A aplicação de revestimentos absorvedores da radiação incidente, possibilitou o uso de um equipamento de baixa potência e de baixo custo, para promover tratamento térmico do aço AISI M2.

O tratamento térmico com laser proporcionou um aumento da dureza da superfície do AISI M2 da ordem de 30% quando comparado ao núcleo da amostra. Associa-se a têmpera o principal mecanismo de elevação da dureza superficial por não ocorrer sensível aumento de intensidade da fase Fe3C.

BIBLIOGRAFIA1) MEI , P.R. & BRESCIANI Fº , E. – Metalurgia , ABM, vol. 40 , nº 323, Outubro de 1984, p. 565.

2) L.ªDobrzanski a , M.Bonek a, E. Hajduczek a - Journal of Materials Processing Technology 164-165 (2005) 1014-1024

3) Aços e ligas especiais – André Luis da Costa e Silv a e Paulo Roberto Mei – ELETROMETAL

4) Descobrindo os Tratamentos Superficiais – Marcos Vsk evicius – Editora Komedi

Na Fig. 4, a parte escura corresponde a resina de baquelite utilizada no embutimento, logo após, começa a delinear uma região mais clara , correspondente a região afetada pelo processamento a laser e a região em seguida, levemente mais escura corresponde ao interior da amostra de AISI M2, respectivamente.

PRINCIPAIS VANTAGENS DO TRATAMENTO SUPERFICIAL A LASER

�Permite obter a combinação de altas resistências ao desgaste e dureza na superfície, com ductilidade e tenacidade no núcleo da peça,

�Controle exato da região sobre a qual deseja-se trabalhar, minimizando a amplitude dos efeitos térmicos ou termoquímicos,

�Reduz a quantidade de resíduos poluentes,

�Favorece a criação de processo automatizado para aplicação,

�Velocidade do processo,

�Viabiliza o tratamento de materiais diferentes (cerâmica/metal).

Figura dos cps

Figura 1: Laser de CO2 utilizado para irradiar as amostras metálicas.

0,01 0,02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0,1 0,11 --0

200

400

600

800

1000

1200

1400

I=70KW/cm²;N=3;V=200mm/s I=20KW/cm²;N=10;V=200mm/s I=20KW/cm²;N=15;V=200mm/s AISI M2 sem aplicação do laser

I= Intensidade de Potência do Laser N= Número de ciclos de aquecimento V= Velocidade do feixe de laser

Dur

eza

em V

icke

rs

( H

v 0,

01 )

Profundidade (mm)

O patamar no gráfico está associado a camadade maior dureza gerada pela ação laser.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

1000

2000

3000

4000

5000

(Graus)

Fe, CFe

FeFe3C

Fe3C

Fe

Fe

Revestimento de carbono

Revestimento de carbono

Inte

nsid

ade

( U

nid

ades

Arb

itrár

ias)

2θ

Sem tratamento com laser Tratado com laser de CO

2

Desenho esquemáticodo processo.

A Figura 5 apresenta o A Figura 5 apresenta o A Figura 5 apresenta o A Figura 5 apresenta o resultado da anresultado da anresultado da anresultado da anáááálise delise delise delise demicrodurezamicrodurezamicrodurezamicrodureza. Os resultados . Os resultados . Os resultados . Os resultados indicam um aumento da indicam um aumento da indicam um aumento da indicam um aumento da ordem de 30% da dureza ordem de 30% da dureza ordem de 30% da dureza ordem de 30% da dureza superficial na camada de 30 superficial na camada de 30 superficial na camada de 30 superficial na camada de 30 micrometros apmicrometros apmicrometros apmicrometros apóóóós aplicas aplicas aplicas aplicaçççção ão ão ão da soluda soluda soluda soluçççção de grafite atravão de grafite atravão de grafite atravão de grafite atravéééés s s s do laser de CO2.do laser de CO2.do laser de CO2.do laser de CO2.

DRX da região tratada com laser, identificando as principais fases cristalográficas