BR0104705B1

BR0104705B1 - processo para produção de uma peça cilìndrica, parcialmente cilìndrica ou cilìndrica oca com superfìcie em liga.

Info

Publication number: BR0104705B1
Application number: BRPI0104705-1A
Authority: BR
Inventors: Alexander Fischer; Joachim Kahn; Franz Josef Feikus
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2012-02-07
Also published as: WO2001064385A1; EP1173304B1; HUP0200880A2; MXPA01010919A; ATE299776T1; ES2246315T3; KR20020038576A; PL350563A1; CA2370657A1; CZ20013857A3; AU781334B2; US6858262B2; BR0104705A; DE50106765D1; AU4242701A; PL197479B1; JP2003525351A; CZ301527B6; US20020164436A1; EP1173304A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA PEÇA CILÍNDRICA, PARCIALMENTE CI- LÍNDRICA OU CILÍNDRICA OCA COM SUPERFÍCIE EM LIGA".

A invenção refere-se a um processo para produção de uma peça cilíndrica, parcialmente cilíndrica ou cilíndrica oca com superfície em liga onde um raio de energia tendo uma área de radiação linear, doravante cha- mada de foco linear, é direcionado para a superfície de uma peça de traba- lho onde a superfície da peça de trabalho é fundida e um material duro ou um pó de liga é alimentado à superfície fundida.

A WO 97/10067 descreve um processo para revestir peças de metal nas quais um pó contendo metal é fundido usando-se um raio laser e depositado sobre a superfície da peça de trabalho de metal. De acordo com a reivindicação 1 do documento WO1 o pó deveria ser alimentado na região de fundição coaxialmente ao raio laser e distribuído sobre uma área bastante grande na forma de trilhas de 0,1 a 1 mm de largura.

De forma a implementar o processo descrito de acordo com um exemplo preferido de representação da WO 97/10067 há um equipamento para fornecer o pó coaxialmente a uma cabeça de focalização de um raio laser que pode ser movida com relação à outra ao longo dos três eixos. En- tretanto, a mobilidade é limitada apenas devido à tecnologia de controle ne- cessária.

Para uma fábrica de revestimento que deva ser usada industri- almente as larguras de trilhas de 0,1 a 1 mm não são econômicas e equipa- mentos móveis ao longo dos três eixos são também muito caros. Adicional- mente áreas maiores como, por exemplo, superfícies internas de sustenta- ção das paredes de cilindro, não podem ser revestidas diretamente usando- se o equipamento conhecido.

As instalações de tratamento da superfície de trabalho são co- nhecidas para aplicação de um revestimento às superfícies internas de sus- tentação, consistindo em um dispositivo rotativo de retenção para um bloco de cilindro, uma unidade de tratamento a laser com uma cabeça de raio que está conectada a um dispositivo de fornecimento de pó, e uma unidade de transferência que posiciona o bloco de cilindro em frente à unidade de trata- mento laser, e um mecanismo de direção para mover a unidade de transferência ao longo de um eixo de transferência.

Para estas instalações de tratamentos da superfície de trabalho são impostas altas necessidades de precisão com relação ao alinhamento das peças da instalação e seus comportamentos quanto ao desgaste uma vez que os blocos de motores produzidos usando-se estas peças são mais tarde ajustados a pistões produzidos separadamente e por razões de custo tratamentos posteriores caros devem ser evitados se possível.

Do documento US 5,837,960 A é conhecido um processo para a produção de objetos de material em forma de partículas por meio de raio laser, sendo que o material é fundido pelo raio laser e depositado em pontos ao longo de um caminho da ferramenta para produzir um objeto de uma for- ma e dimensão desejada.

O objetivo da presente invenção é desenvolver um processo de tratamento de superfície econômico para superfícies com forma cilíndrica ou parcialmente cilíndrica, que possa ser usado industrialmente, com o qual uma peça cilíndrica oca otimizada do ponto de vista tribologico e tratável termicamente possa ser produzida favoravelmente.

Este objetivo é resolvido por um processo para fabricação de uma peça cilíndrica, parcialmente cilíndrica ou cilíndrica oca com superfície em liga, onde um raio de energia tendo uma área de radiação linear, chama- da de foco linear, é direcionado para a superfície de uma peça de trabalho. A superfície da peça de trabalho é fundida e um pó de material duro é alimen- tado na superfície fundida, sendo que na zona de incidência do raio de ener- gia é formado um banho de fusão limitado localmente com uma frente de aquecimento e de fusão, uma zona de solução e uma frente de solidificação.

O processo incluindo as etapas de,

a) depositar ao lado e a frente do raio de energia o pó de ma- terial duro através de um dispositivo de transporte na dire- ção da gravidade e é fornecido coordenado com o movi- mento de alimentação da peça de trabalho em uma largura, que corresponde à largura do foco linear, sendo então pro- duzida uma altura de camada de 0,3 a 3 mm,

b) fornecer o pó de material duro à superfície da peça de tra- balho na frente de aquecimento do banho de fusão é aque- cido por um raio de energia a um comprimento de onda de 780 - 940 nm e em contato com a matriz de liga liqüefeita o pó é imediatamente dissolvido no banho de fusão,

c) produzir uma convexão de calor na zona de solução pelo raio de energia tendo uma energia específica de pelo me- nos 104 W/cm2, de forma que o processo na zona de fusão seja acelerado,

d) ação do foco linear na zona de solução até que o pó de material duro seja distribuído uniformemente no banho de fusão, e

e) distribuição do material de pó uniformemente em frente do raio de energia, que entrou em solução metalurgicamente na zona de solução, e é submetido à solidificação dirigida na frente de solidificação a uma alta taxa de resfriamento de -73,15 - 326,85°C/s (200 - 600 K/s) a uma velocidade de alimentação de 500 - 10.000 mm/min.

Em numerosos testes foi estabelecido que uma alta precisão e um menor comportamento de desgaste da instalação de tratamento da su- perfície de trabalho e as peças ali produzidas podem ser alcançadas se:

1. O plano de retenção do dispositivo de retenção é alinhado paralelamente à direção do raio da unidade laser,

2. A unidade de laser pode ser movida perpendicularmente ao plano de retenção do dispositivo de retenção, onde a dire- ção do raio é alinhada perpendicularmente ao eixo de transferência a um ângulo < 45° ao vetor da gravidade, e

3. A alimentação de pó ou se abre diretamente sobre a dire- ção do raio na unidade de laser ou (visto na direção de ali- mentação) um pouco antes da zona de incidência do raio. Para um tratamento com custo favorável na instalação de trata- mento da superfície de trabalho é necessário que uma unidade de tratamen- to laser consista de vários dispositivos de raios ou um dispositivo com um raio dividido que possa ser inserido em uma perfuração do cilindro onde vá- rias zonas de tratamento são fornecidas, uma após a outra, (vistas na dire- ção do eixo do cilindro) na parede do cilindro.

Também a capacidade de produção da instalação de tratamento de superfícies de sustentação pode ser melhorada se o dispositivo de forne- cimento de pó consiste em vários dispositivos de alimentação do mesmo número que as zonas de tratamento, que podem ser inseridas nas perfura- ções do cilindro onde as aberturas de alimentação são arrumadas uma após a outra (vistas na direção do eixo do cilindro).

O processo conforme a invenção consiste em uma combinação

de

a) Foco linear com larguras de linha maiores que 4 mm trans- versal à direção de alimentação,

b) Raio de alta energia tendo um comprimento de onda entre 780 e 940 nm e

c) A alimentação de pó pode ser produzida na posição hori- zontal associada com uma entrada específica de energia de 5.000 a 600.000 W/cm2.

Para uma distribuição controlada de grãos de Si e a formação de cristais primários de silício com diâmetros de fase de até 80 μιη no fundido residual euteticamente solidificado contribui

d) A taxa de resfriamento de 200 a 600 K/s.

A etapa d) do processo significa que o material duro, por exem- plo, o silício, deve estar completamente dissolvido no banho de fusão.

A duração depende da potência específica do laser. Se o foco linear agir por muito tempo, a formação de poros ocorre como resultado da evaporação do alumínio ou da liga matriz e os materiais duros podem se agrupar.

A velocidade de alimentação deveria ser menor que 10.000 mm/min de acordo com a etapa e) do processo, caso contrário a energia de entrada não é suficiente para a entrada do material duro no fundido. À po- tência dada o raio laser deveria ser acoplado na matriz com um rendimento de energia de 40 a 60%. Se a taxa de resfriamento for muito alta, > 600 K/s, o tempo de solução não é suficiente para o material duro enquanto que a- baixo de 200 K/s aparecem fendas na zona de formação de liga uma vez que muito material duro entra na solução.

Em uma representação preferida da invenção vários raios de energia podem ser usados como parâmetros adicionais para controlar as propriedades estruturais pelas taxas de resfriamento regionalmente variá- veis.

Por estes meios é possível ajustar regionalmente diferentes du- rezas de superfície que permitem um tratamento adicional puramente mecâ- nico e um tratamento final. Se a dureza de superfície for maior que 160 HV1 o acabamento final pode ser executado usando-se diamante sem arranhões e sem engraxamento. Então em outro processo de tratamento os cristais de silício primário ou de outros materiais duros de diâmetro > 1 μιη podem ser expostos puramente mecanicamente na superfície pela remoção dos cristais < 1μm.

De acordo com um exemplo preferido de concretização, o foco linear deveria ser direcionado para a superfície a ser ligada em uma trilha dupla uma após a outra (com relação à direção de alimentação) de forma que um tratamento térmico parcial pode ser alcançado por endurecimento, recristalização, aumento do tempo de precipitação, homogeneização e tor- nando áspera a fase dos precipitados.

De acordo com outro caso preferido de concretização, os com- ponentes do pó podem também ser aplicados em uma trilha dupla de forma que composições e taxas de aplicação diferentes sejam possíveis aqui, por exemplo, a construção de materiais inclinados com formação controlada de liga.

Uma abertura controlável que serve para aumentar ou diminuir a largura focai linear vista na direção de alimentação pode ser usada em uma forma preferida para iniciar e desligar o dispositivo de revestimento.

Diferentemente do dispositivo de revestimento conhecido con- forme a DE 198 17 091 Al (NU TECH/VAW motor GmbH), um dispositivo de raio de energia móvel ao longo de um eixo e uma peça móvel ao longo de múltiplos eixos são usados aqui. É de particular vantagem aqui que a veloci- dade de rotação da peça de trabalho seja variável de forma a alcançar uma estrutura de fase grosseira (por rotação lenta) ou uma estrutura de células finas ou de fase fina (por rotação mais rápida) com a mesma entrada de e- nergia.

Conforme já foi mencionado, uma trilha dupla pode ser usada para ligar vários tipos de ligas. O pó pode ser aplicado à superfície da peça de trabalho em um estágio simples (um raio de pó simples) ou em vários estágios (vários raios de pó) através de orifícios de pó conformados adequa- damente. A largura linear focai é de pelo menos 4 mm, preferivelmente de 5 a 15 mm.

Uma característica particular do processo conforme a invenção é que profundidades de penetração variáveis entre 100 - 2500 μηη podem ser alcançadas variando-se a velocidade de alimentação e/ou pela entrada de energia relativa à superfície. Um diodo laser com a faixa de comprimento de onda especificada é preferivelmente usada para acoplamento melhorado o qual, em conjunto com um pó de material duro previamente aplicado e um pó contendo material duro, especialmente Si ou pó contendo Si, pode alcan- çar uma excelente entrada de calor profundamente dentro da peça.

A invenção é explicada em maiores detalhes subseqüentemente com relação aos vários exemplos de representação. Os desenhos são como segue:

Figura 1 - Seção transversal através de uma instalação de tra- tamento de superfície de trabalho de acordo com a invenção durante o tra- tamento de um bloco de cilindro,

Figura 2 - Seção longitudinal através de uma instalação de tra- tamento de superfície de trabalho conforme a invenção durante a inserção em um bloco de motor de quatro cilindros em linha, Figuras 3 - 5 - Vistas aumentadas da Seção X na Figura 2, Figura 6 - Seção transversal como na Figura 1 com duas cabeças de raio,

Figura 7 - Diagrama esquemático para explicar o processo de produção conforme a invenção,

Figura 8 - Seção longitudinal através de uma instalação de tra- tamento de superfície de trabalho conforme a invenção com pó fornecido através de uma rampa vibradora de transporte,

Figura 9 - Seção transversal ao longo de AA na Figura 8,

Figura 10 - Seção Y da Figura 8 aumentada,

Figura 11 - Princípio de um parafuso de transporte similar à Figura 1.

A Figura 1 mostra um bloco de cilindro 2 de um motor de 4 cilin- dros em linha fixado em um dispositivo de fixação 1 de tal forma que o eixo longitudinal do motor em série está na direção do vetor gravidade.

Um projeto de unidade de tratamento laser 3 com a cabeça de raio 4 na perfuração do bloco de cilindro 2. A cabeça de raio pode ser movi- da na direção de um eixo de transferência 10 (perpendicular ao plano do desenho).

Da cabeça de raios 4 emerge um raio laser na direção da gravi- dade, que vai de encontro às superfícies da parede do cilindro na zona de incidência do raio 12 e forma uma zona de aquecimento 11, uma zona de fusão 12 e uma zona de solidificação 13.

Um dispositivo de fornecimento de pó também se abre na vizi- nhança da zona de incidência de raios, aplicando-se um jato de pó 9 ou dire- tamente na direção do raio ou, visto na direção de alimentação, um pouco antes do ponto de incidência dos raios laser na parede do cilindro a ser tra- tada. A aplicação do pó pode ser usada para influenciar as propriedades es- truturais tanto do ponto de vista da liga quanto do tipo de formação da estru- tura. Isto é alcançado, por exemplo, pelo tipo e quantidade de pó fornecido.

Em uma variante não mostrada vários dispositivos de forneci- mento de pó podem ser inseridos simultaneamente nos orifícios do cilindro. O tratamento a laser pode também ser efetuado usando-se várias cabeças de raios ao mesmo tempo.

A Figura 2 mostra uma instalação de tratamento de superfície de trabalho construída conforme a invenção em um motor de quatro cilindros em linha. O bloco de cilindro 2 pode ser visto na seção longitudinal, isto é, perpendicular ao plano do desenho na Figura 1. O dispositivo de fixação 1 está localizado em uma mesa de fixação 1a e uma plataforma giratória 1b é conectada a um mecanismo 6 para mover a unidade de transferência ao longo do eixo de transferência 10.

A direção da seta 6a indica a direção na qual o bloco de motor 2 é virado durante o tratamento. Aqui é importante que o dispositivo de forne- cimento de pó 5 seja posicionado em frente à cabeça de raios 4, conforme mostrado na Figura 2, seção X.

O movimento de inserção da cabeça de raios 4 no orifício do cilindro é executado através de um carretei 7. O paralelismo axial entre o eixo do orifício do cilindro e o eixo de rotação 10 é importante para manter as tolerâncias de produção. Isto é assegurado pelas guias de transporte 7a, 7b nas quais a unidade de tratamento a laser 3 é movida para dentro e para fora do bloco do cilindro 2 sobre as guias correspondentes.

As ampliações das seções transversais nas Figuras 3-5 mos- tram novamente a zona de aquecimento 9/11, a zona de fusão 12 e a zona de solidificação 13 em uma vista ampliada. A extensão da superfície de vá- rias zonas ou regiões pode ser influenciada pela velocidade de rotação do bloco de cilindro 2, pelo movimento da unidade de transferência ao longo do eixo de transferência 10 e pelo número de dispositivos de tratamento a laser ou dispositivos de raios e dispositivos de fornecimento de pó.

Enquanto na Figura 3 há apenas um ponto focai 8 para a cabeça de raios laser simples 4, a Figura 4 mostra dois pontos focais 8a, 8b. Para este propósito a unidade de tratamento laser pode ser ajustada com duas unidades de raios.

A Figura 5 mostra uma trilha dupla com dois pontos focais ba- lanceados 8a, 8b e duas frentes de fusão e solidificação 12, 13 em cada ca- so. Esta variante requer um fornecimento múltiplo de pó conforme mostrado na Figura 6. Os símbolos de referência 9/11 denotam o fornecimento de pó na zona de preaquecimento. Uma vez que as cabeças de raios 4.1 e 4.2 po- dem girar, os ângulos de giro são dados como ai e a2.

A Figura 7 é uma figura esquemática mostrando o processo con- forme a invenção para produção de uma peça cilíndrica ou parcialmente ci- líndrica com superfície em liga. Ela envolve primeiro diretamente um raio de energia que tem uma área de raio linear (também chamada de foco linear) em uma superfície de uma peça de trabalho. A superfície da peça de traba- lho é, portanto, fundida e um pó de material duro ou de liga é alimentado na superfície fundida.

Conforme mostrado na Figura 7, na zona de incidência do raio de energia forma-se um banho de fundição limitado localmente com uma frente de aquecimento e fusão 20, uma zona de solução ou de refundição 21 e uma frente de solidificação 22.

Ao lado do raio de energia 23 uma quantidade de pó 24 é apli- cada à superfície da peça 26 na direção da gravidade. A quantidade de pó 24 é coordenada com o movimento de alimentação 27 da peça de trabalho ou da peça 26, onde a largura do jato de pó transversal ao plano do desenho na Figura 7 corresponde aproximadamente à largura do raio de energia 23 (também medido transversalmente ao plano do desenho).

Pode ser visto da Figura 7 como o pó fornecido à superfície da peça de trabalho é aquecido na frente de solidificação e então dissolvido no mais tardar no raio de energia 23 no banho de fusão. Testes mostraram que a um comprimento de onda de 780 a 940 nm o acoplamento do raio de e- nergia na matriz metálica é otimizado, mas também o pó submete-se a um aquecimento rápido otimizado e é dissolvido no fundido em contato com a liga da matriz liqüefeita.

Conforme mostrado pelas setas 28 na Figura 7, a condução de calor ocorre na zona de solução de forma que o processo de homogeneiza- ção seja acelerado na zona de fundição. Isto é tornado possível pelo raio de energia ter uma energia específica de pelo menos 104 W/cm. Pode ser visto das seções polidas que o material duro de pó de liga é apenas uniformemen- te distribuído no banho de fundição no foco linear agiu na zona de solução por um tempo suficientemente longo. Os valores precisos podem ser deter- minados experimentalmente.

O material em pó dissolvido uniformemente no fundido é então submetido na zona de solidificação 22 para a solidificação direcional a uma taxa de 200 a 600 K/s na frente de solidificação onde a velocidade de ali- mentação está entre 500 e 10000 mm/min. Em uma variante do processo conforme a invenção, o pó é transferido para a superfície da peça na corren- te de gás de forma que certa quantidade de pó possa já penetrar na zona de fusão como resultado da energia cinética.

Outros testes mostraram que o raio de energia é preferivelmente dividido antes da zona de incidência onde uma primeira parte do raio é des- viada na zona de aquecimento e fusão e uma segunda parte do raio é desvi- ado atrás da frente de solidificação para tratamento térmico estrutural. A formação da estrutura pode ser especificamente controlada por este proces- so. Um dispositivo para implementar o processo é mostrado na Figura 6.

Outro controle da estrutura pode ser alcançado direcionando-se o raio de energia na frente de solidificação a uma força específica de <1 kW/mm2 na superfície da peça de trabalho. Foi descoberto que o tempo de ação do raio de energia no banho de fusão para dissolver e distribuir homo- geneamente o material duro ou as fases intermetálicas fica entre 0,01 e 1 segundo.

As mencionadas necessidades são alcançadas por um diodo laser > 3 kW tendo uma largura focai linear ajustável. Por este meio antes do início e no final de um revestimento a largura focai linear do raio de energia pode ser reduzida transversalmente à direção de alimentação. A quantidade de pó pode ser controlada similarmente de forma que durante um tratamento de superfície apenas pequenas superposições do pó fornecido ou da energia incidente sejam estabelecidas.

Se a peça de trabalho for construída como um cilindro oco, ela deveria preferivelmente girar ao redor do raio de energia na posição horizon- tal de forma que o raio de energia que é mantido em uma posição fixa em relação à direção de rotação alcance uma direção contínua de alimentação durante a rotação na direção do eixo de rotação para produzir uma zona plana de formação de liga. Isto pode ser visto das Figuras 8 a 11 que são explicadas subseqüentemente e que mostram uma plataforma giratória 31, um dispositivo de fixação 32, e um bloco de motor 33 com um orifício de ci- lindro 34.

O pó de um depósito de pó 41 é transportado até o orifício do cilindro 34 através de uma rampa vibradora de transporte 30 ou um parafuso transportador 38. A camada de pó pré-depositada 35 tem uma altura HP on- de a rampa vibradora de transporte 30 está localizada a uma distância HA acima do cilindro na posição horizontal. A altura do pó HF é alcançada na rampa vibradora de transporte 30.

A rampa vibradora de transporte 30 mostra uma excitação de oscilação 40 a uma freqüência f. Um elemento de acoplamento 42 para pro- duzir as vibrações é também anexado à rampa vibradora de transporte 30.

O raio de energia é desviado e focalizado através de um diodo laser 43 e um sistema ótico a laser 44. A rampa vibradora de transporte 30 e o diodo laser 43 são anexados a uma chapa de montagem 46 que se apóia em uma plataforma de alimentação 45. A plataforma de alimentação 45 pode ser movida para dentro e para fora do orifício do cilindro 34 por meio de um mecanismo linear. Isto é indicado pela seta dupla na Figura 8.

De acordo com a Figura 9 o diâmetro 47 do sistema ótico a laser é dimensionado de forma que no orifício do cilindro 34 ainda haja espaço para a rampa de transporte 30. Uma vez que o cilindro é processado na po- sição horizontal, o raio laser emerge para baixo do sistema ótico a laser 44 onde uma largura de trilha 50 do raio laser é descrita na parede do cilindro. Próximo à trilha do laser o pó é pré-depositado em uma largura de trilha 49. O diâmetro do orifício do cilindro é denotado por 48.

Dispositivos adequados para o processamento industrial das peças de trabalho e membros estruturais foram desenvolvidos para imple- mentar o processo. Com este propósito o dispositivo conforme a Figura 8 consiste em um dispositivo de fixação 32 no qual um bloco de motor 33 é alinhado e fixado acima dos orifícios indicadores e/ou via superfícies de tra- balho. Dispositivos de raios de energia são movidos para as superfícies de trabalho na direção do eixo do cilindro e direcionado para a superfície de trabalho usando uma cabeça de raio focalizável e um fornecimento de pó. Foi provado ser especialmente favorável se o raio de energia puder ser inse- rido na peça de trabalho que estiver localizada em uma plataforma giratória 31 com um dispositivo de fixação 32, onde o raio de energia é direcionado como um foco linear de um sistema ótico de diodo laser 44 perpendicular- mente para a peça de trabalho que gira na posição horizontal, por exemplo, um bloco de motor 33.

Se várias unidades de raio de energia, equilibrados uns em rela- ção aos outros, forem direcionados para a superfície de trabalho da peça de trabalho que gira na posição horizontal, a unidade de raio de energia deverá varrer a superfície de trabalho retilineamente. Isto produz uma zona de for- mação de liga plana que pode ser dimensionada de acordo com um disposi- tivo de delimitação do sistema e/ou do movimento de rotação da peça.

Vantajosamente as unidades de raio de energia varrem várias linhas da superfície de trabalho simultaneamente. Como resultado os tem- pos de processamento são reduzidos e as superfícies tratadas tornam-se mais uniformes.

Uma alternativa para o fornecimento de pó através de um ou vários orifícios mostrado nas Figuras 1 a 6 é explicado a seguir. Isto envolve o fornecimento de pó por meio de um parafuso transportador ou por um dis- positivo vibrante que provou ser particularmente eficaz a altas temperaturas e em orifícios estreitos de cilindro.

A radiação térmica a altas potências laser é muito intensa de forma que materiais com orifícios normais localizados na vizinhança da zona de incidência do laser não podem opor-se às altas temperaturas ou desgas- tar-se. Adicionalmente, a energia irradiada acima do orifício está a alta pres- são e tem um efeito forte no fluxo de gás dentro do orifício do cilindro a ser processado. O nível de temperatura e a densidade do gás protetor mudam com o fluxo de gás de forma que a eficiência do laser é submetida a severas flutuações.

Com uma rampa de transporte vibratória 30 estas condições po- dem ser significativamente melhor controladas. O nível de temperatura e a atmosfera do gás de proteção não são influenciados adversamente durante o fornecimento de pó através de um parafuso transportador ou de uma ram- pa transportadora. Materiais de alta resistência e resistentes à temperatura podem ser usados para a rampa de transporte de forma que um efeito da temperatura a longo prazo não dispara qualquer fenômeno de fadiga ou de erosão.

O processamento do orifício do cilindro 34 na posição horizontal é particularmente eficaz se o pó for fornecido através de uma rampa vibrante se isto ocorrer usando-se uma camada de pó pré-depositado HP.

Naturalmente, outros dispositivos de transporte tais como, por exemplo, parafusos transportadores, correias de transporte, ou similares também podem ser usados.

Comparado com o fornecimento de pó em um orifício, estes têm a vantagem de que uma trilha que tenha a largura da largura focai do laser e uma altura ou espessura de camada entre 0,3 e 3 mm pode ser ajustada com precisão.

De forma a controlar precisamente a dosagem do pó, escuma- deiras ou escovas mecânicas são fornecidas vantajosamente na vizinhança da zona de deposição. A quantidade de material pode ser, portanto, arbitra- riamente controlada na largura e na altura. A espessura da camada de pó depositada deveria preferivelmente ser mantida na faixa de 0.3 a 3 mm onde uma maior densidade de energia laser é necessária para uma alta espessu- ra de camada.

Um fator importante para acoplar a energia laser no material em pó é o espectro do grão e a forma do cristal do pó usado.

Para implementação em uma escala industrial foi desenvolvido um diodo laser 43 com um sistema ótico a laser 44 que estão localizados em uma posição fixa com relação à direção de rotação da peça dentro do dispo- sitivo de fixação giratório 32 conectado a uma unidade de direção.

O d iodo laser com o sistema ótico é movido para o orifício do cilindro 34 por meio de uma plataforma de alimentação 45 juntamente com o dispositivo de fornecimento de pó que está localizado ao lado do raio de e- nergia. É também possível depositar o pó nas superfícies que estão diante do raio. Isto é alcançado como na Figura 8 por uma rampa de transporte 30 com a qual o pó é livremente espalhado na direção da gravidade. Uma ca- mada de pó pré-depositada 35 é formada onde a altura da saída HA da ram- pa de transporte na Figura 9 é dada.

De forma a produzir uma guia espiral ou de outra forma geomé- trica para o foco linear a unidade de direção para a plataforma giratória 31 deveria tornar possível atingir uma velocidade de rotação variável. Então a plataforma de alimentação 45 do diodo laser 43 e o fornecimento de pó na direção do eixo podem ser combinados com a velocidade de rotação do blo- co do motor 33.

Nas figuras 10 e 11 a rampa vibratória transportadora 30 ou o parafuso transportador 38 produzem uma altura de pó HP onde a distância do dispositivo transportador é indicado por HA. O orifício do cilindro 34 aco- moda o sistema ótico laser 44 com o diâmetro do orifício 48 e ambos são movidos em uma plataforma de alimentação 45 na direção da seta.

O processo descrito pode ser usado para produzir membros es- truturais com superfície ligada cilíndrica ou parcialmente cilíndrica especial- mente cilíndrica oca. Elas consistem em uma liga moldada de matriz de alu- mínio e uma zona de precipitação estendendo-se até a superfície da peça compreendendo uma liga com base de alumínio com fases duras precipita- das. Entre a matriz e a zona de precipitação há uma zona eutética supersa- turada pelas fases duras primárias (zona de supersaturação) onde o aumen- to na dureza da matriz para a superfície da peça ocorre gradativamente. Condições especialmente favoráveis podem ser alcançadas se a liga matriz do tipo AlSiCu ou AISiMg for hipoeutética e na zona de transição eutética supersaturada há uma liga do tipo AISi com fases de silício primário finamen- te depositado menores que 1 μm, enquanto que na zona de precipitação há fases de silício primário de 2 a 20 μm. Então pode ser atingido o aumento na dureza até a superfície da peça de mais de 200%.

Claims

1. Processo para fabricação de uma peça cilíndrica, parcialmen- te cilíndrica ou cilíndrica oca com superfície em liga de Al ou Mg1 onde um raio de energia tendo uma área de radiação linear, doravante chamada de foco linear, é direcionado para a superfície de uma peça de trabalho, sendo que a superfície da peça de trabalho é fundida e um pó de Si é alimentado na superfície fundida, e onde na zona de incidência do raio de energia é formado um banho de fusão limitado localmente com uma frente de aqueci- mento e de fusão, uma zona de solução e uma frente de solidificação, caracterizado pelo fato de que a) ao lado e a frente do raio de energia o pó de Si é deposita- do através de um dispositivo de transporte na direção da gravidade e é fornecido coordenado com o movimento de alimentação da peça de trabalho em uma largura, que cor- responde à largura do foco linear, sendo então produzida uma altura de camada de 0,3 a 3 mm, b) o pó de Si fornecido à superfície da peça de trabalho na frente de aquecimento do banho de fusão é aquecido por um raio de energia a um comprimento de onda de 780 - -940 nm e em contato com a matriz de liga de Al ou Mg li- qüefeita o pó é imediatamente dissolvido no banho de fu- são, c) é produzida uma convexão de calor na zona de solução pelo raio de energia tendo uma energia específica de pelo menos 104 W/cm2, de forma que o processo na zona de fu- são seja acelerado, d) onde o foco linear age na zona de solução até que o pó de Si seja distribuído uniformemente no banho de fusão, e e) o material de pó de Si distribuído uniformemente em frente do raio de energia, que entrou em solução metalurgicamen- te na zona de solução, é submetido à solidificação dirigida na frente de solidificação a uma alta taxa de resfriamento de -73,15 - 326,85°C/s (200 - 600 K/s) a uma velocidade de alimentação de 500 - 10.000 mm/min, sendo que o pó de Si nas etapas de processo c) - e) apresenta um diâmetro de grão de 40 - 90 μιτι e que o tempo de ação do raio de energia no banho de fusão para dissolver e dis- tribuir homogeneamente fases primárias precipitadas de Si esteja entre 0,01 e 1 segundo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que raio de energia é dividido antes da zona de incidência onde uma primeira parte do raio é desviada para a zona de aquecimento e para a zona de fusão e uma segunda parte do raio é desviada para atrás da frente de solidificação para tratamento térmico estrutural.

3. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda parte do raio é direcionada para atrás da frente de solidificação para a superfície da peça de trabalho a uma força específica de < 1 kW/mm2 para controlar a estrutura de precipitação.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -3, caracterizado pelo fato de que um diodo laser > 3 kW com um sistema ótico variável para ajustar a largura focai linear de 4 - 15 mm é usado para formar o raio de energia.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -4, caracterizado pelo fato de que antes do início e no fim da produção de liga a largura focai linear do raio de energia e a quantidade de pó é reduzida transversalmente à direção de alimentação.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -5, caracterizado pelo fato de que a peça de trabalho é construída como um cilindro oco e gira em torno do raio de energia na posição horizontal durante a produção de liga, onde o raio de energia, que é mantido em uma posição fixa em relação à direção de rotação, alcança um movimento de alimentação contínuo durante a rotação na direção do eixo de rotação para produzir uma zona de produção de liga plana.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -6, caracterizado pelo fato de que no início da produção de liga o raio de e- nergia tem uma estrutura pontual e aumenta continuamente de tamanho jun- tamente com a quantidade de pó até que tenha atingido a largura focai linear completa após uma rotação da peça de trabalho.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -7, caracterizado pelo fato de que no fim da produção de liga durante a última rotação da peça de trabalho a largura focai linear e a quantidade de pó são reduzidas continuamente a zero.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -8, caracterizado pelo fato de que um cilindro oco feito de ligas de Al ou Mg tendo um diâmetro de orifício de cilindro de 60- 120 mm seja tratado a uma profundidade de até 200 mm.