ITMI20090293A1 - THERMAL TREATMENT AND PLANT FOR THE EXECUTION OF THE SAME. - Google Patents

THERMAL TREATMENT AND PLANT FOR THE EXECUTION OF THE SAME. Download PDF

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ITMI20090293A1
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Adriano Sidoli
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Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo "Trattamento termico e impianto per l’esecuzione dello stesso" Description of the patent application for industrial invention entitled "Heat treatment and plant for its execution"

La presente invenzione ha per oggetto un metodo per l’esecuzione di un trattamento termico, in particolare di un trattamento termico di tempra. Detta invenzione riguarda inoltre un impianto per l’esecuzione di un trattamento termico, in particolare di un trattamento termico di tempra. La tempra è il trattamento termico che viene utilizzato sin dall’antichità per l’ottenimento di un acciaio con durezza maggiore rispetto all’acciaio di partenza. The present invention relates to a method for carrying out a heat treatment, in particular a hardening heat treatment. Said invention also relates to a plant for carrying out a heat treatment, in particular a hardening heat treatment. Hardening is the heat treatment that has been used since ancient times to obtain a steel with a higher hardness than the starting steel.

Come noto il trattamento termico di tempra consiste in un riscaldamento sopra alla temperatura di austenitizzazione, chiamata Ac3, per un periodo di tempo tale da garantire l’uniformità strutturale in tutti i punti di un componente meccanico, e in un brusco raffreddamento con velocità maggiore della velocità critica superiore, con conseguente ottenimento di struttura martensitica. As is known, the hardening heat treatment consists of heating above the austenitizing temperature, called Ac3, for a period of time such as to guarantee structural uniformity in all points of a mechanical component, and in a sudden cooling with a higher speed than the higher critical speed, resulting in a martensitic structure.

Il brusco raffreddamento può essere ottenuto attraverso acqua, olio, gas o in alcuni casi attraverso aria. Abrupt cooling can be achieved through water, oil, gas, or in some cases through air.

Un particolare tipo di tempra è la tempra superficiale. A particular type of hardening is surface hardening.

Il trattamento termico di tempra superficiale si applica a tutti quei componenti metallici che devono garantire in superficie le proprietà meccaniche associate ad una elevata durezza, mentre a cuore devono garantire proprietà di elasticità tipiche del materiale privo di trattamento termico di tempra. In particolare l’indurimento provoca un aumento della resistenza a fatica e un aumento della resistenza ad usura. The surface hardening heat treatment is applied to all those metal components that must guarantee the mechanical properties associated with high hardness on the surface, while at heart they must guarantee elasticity properties typical of the material without hardening heat treatment. In particular, hardening causes an increase in fatigue resistance and an increase in wear resistance.

Il trattamento termico di tempra superficiale può essere eseguito sfruttando diverse tecnologie: The surface hardening heat treatment can be performed using different technologies:

- tempra per induzione; - induction hardening;

- tempra laser; - laser hardening;

- tempra EBM (con cannone elettronico); - EBM hardening (with electron gun);

- tempra con fiamma ossiacetilenica. - hardening with oxyacetylene flame.

La presente invenzione riguarda la tempra superficiale eseguita con tecnologia ad induzione o, preferibilmente, con tecnologia laser. The present invention relates to surface hardening performed with induction technology or, preferably, with laser technology.

I recenti sviluppi della tecnologia laser utilizzante diodi ad alta potenza, associati al controllo del fascio laser e alla guida del fascio laser attraverso fibre ottiche, hanno fatto in modo che questa tecnologia venga utilizzata con più facilità nel campo dei trattamenti termici superficiali. Recent developments in laser technology using high-power diodes, associated with laser beam control and guiding the laser beam through optical fibers, have made this technology more easily used in the field of surface heat treatments.

Il trattamento termico di tempra superficiale con tecnologia laser viene utilizzato con lo scopo di aumentare la durezza del materiale in zone localizzate, mantenendo inalterate le proprietà a cuore del pezzo. The surface hardening heat treatment with laser technology is used with the aim of increasing the hardness of the material in localized areas, while maintaining the core properties of the piece unaltered.

Come noto il trattamento termico in oggetto, come la tempra tradizionale, è basato su due fasi principali di un ciclo termico: la prima fase è definita da un riscaldamento al di sopra della temperatura di austenitizzazione, seguita da una fase di rapido raffreddamento della superficie del metallo precedentemente esposta al raggio laser. As known, the heat treatment in question, like traditional hardening, is based on two main phases of a thermal cycle: the first phase is defined by a heating above the austenitization temperature, followed by a phase of rapid cooling of the surface of the metal previously exposed to the laser beam.

L’indurimento superficiale è dovuto al cambiamento di struttura del ferro e alla variazione della solubilità del carbonio all’interno del reticolo del ferro, provocate dal ciclo di riscaldamento e raffreddamento. Inoltre questo processo coinvolge, come ben noto, trasformazioni allo stato solido senza raggiungere la fusione locale della parte trattata. Un tipico esempio di un acciaio che può essere indurito superficialmente attraverso questo trattamento è un comune acciaio ferritico. A temperatura ambiente esso sarà essenzialmente formato da ferrite, cioè da una matrice di ferro α con la tipica struttura cubica a corpo centrato, e da perlite, con la tipica struttura lamellare di ferrite e cementite (Fe3C). Surface hardening is due to the change in the structure of the iron and the change in the solubility of carbon within the iron lattice, caused by the heating and cooling cycle. Furthermore, this process involves, as is well known, transformations to the solid state without reaching the local fusion of the treated part. A typical example of a steel that can be surface hardened through this treatment is a common ferritic steel. At room temperature it will essentially consist of ferrite, that is, an α iron matrix with the typical cubic structure with a centered body, and of perlite, with the typical lamellar structure of ferrite and cementite (Fe3C).

Questo acciaio, se scaldato al di sopra della temperatura di austenitizzazione cambia la propria struttura trovandosi all’interno del range di stabilità del ferro γ, avente la tipica struttura cubica a facce centrate. This steel, if heated above the austenitization temperature, changes its structure by finding itself within the stability range of iron γ, having the typical cubic structure with centered faces.

In questa condizione aumenta inoltre la solubilità del carbonio, in quanto il carbonio contenuto nella cementite viene solubilizzato nel ferro γ. Questa struttura del ferro γ, che ad alta temperatura è chiamata austenite, se raffreddata lentamente al di sotto della temperatura di austenitizzazione diventa instabile, liberando gli atomi di carbonio ritornando alla struttura ferritica con basso contenuto di carbonio. In this condition the solubility of the carbon also increases, as the carbon contained in the cementite is solubilized in the γ iron. This γ-iron structure, which at high temperature is called austenite, if slowly cooled below the austenitization temperature becomes unstable, releasing the carbon atoms returning to the ferritic structure with low carbon content.

Se il raffreddamento è drastico, non c’è abbastanza tempo per la trasformazione inversa impedendo al carbonio la diffusione nel reticolo cristallino. Si crea così una struttura distorta a forma tetragonale, chiamata martensite, che è particolarmente dura, a causa delle tensioni residue accumulate durante la trasformazione. Inoltre la struttura particolarmente dura, porta ad un sensibile aumento delle caratteristiche di resistenza ad usura e resistenza a fatica. If the cooling is drastic, there is not enough time for the reverse transformation to prevent the carbon from spreading into the crystal lattice. This creates a distorted tetragonal-shaped structure, called martensite, which is particularly hard, due to the residual stresses accumulated during the transformation. Furthermore, the particularly hard structure leads to a significant increase in the characteristics of resistance to wear and fatigue resistance.

Convenzionalmente, come ricordato in precedenza, questo tipo di trattamento viene effettuato attraverso un riscaldamento massivo o attraverso l’uso di una fiamma. Conventionally, as mentioned above, this type of treatment is carried out through massive heating or through the use of a flame.

La possibilità di effettuare il riscaldamento attraverso la tecnologia laser consente di trattare uno spessore estremamente ridotto di materiale. Ciò consente di avere una riduzione della deformazione del componente meccanico rispetto al caso in cui la tempra coinvolga l’intero pezzo. Infatti proprio per questo motivo, con le normali procedure di tempra si necessita nella quasi totalità dei casi di una ulteriore operazione di rettifica per eliminare l’effetto della deformazione. The possibility of heating through laser technology allows to treat an extremely reduced thickness of material. This allows for a reduction in the deformation of the mechanical component compared to the case in which the hardening involves the entire piece. In fact, for this very reason, with normal hardening procedures, in almost all cases, a further grinding operation is required to eliminate the effect of deformation.

Un vantaggio di usare la tecnologia laser è che si riesce a prevenire il riscaldamento massivo del materiale, vista la possibilità di fornire localmente ad un tratto di superficie del componente l’energia necessaria al trattamento di tempra. An advantage of using laser technology is that it is possible to prevent massive heating of the material, given the possibility of locally supplying a portion of the surface of the component with the energy necessary for the hardening treatment.

In più, solamente lo strato più esterno del materiale è coinvolto dal riscaldamento sopra alla temperatura di austenitizzazione Ac3, in modo che, all’interruzione dell’azione del laser, la restante parte massiva del componente meccanico provoca il raffreddamento drastico e quindi la tempra superficiale. In addition, only the outermost layer of the material is involved by heating above the austenitizing temperature Ac3, so that, when the laser action is interrupted, the remaining massive part of the mechanical component causes drastic cooling and therefore surface hardening. .

I principali parametri di processo controllabili nella tempra laser sono: densità di potenza, velocità di avanzamento del fascio, forma e dimensione del fascio e distribuzione della densità delle radiazioni all’interno del tratto di superficie del componente che viene riscaldato. The main process parameters that can be controlled in laser hardening are: power density, beam speed, shape and size of the beam and distribution of the radiation density within the surface area of the component being heated.

I laser con diodi ad alta potenza raggiungono elevati livelli di potenza, dell’ordine di circa 10.000 W, e alta efficienza di conversione dell’energia. L’uso delle fibre ottiche consente che la tecnologia laser possa essere implementata ad esempio su un braccio robotico antropomorfo. Lasers with high-power diodes reach high power levels, of the order of about 10,000 W, and high energy conversion efficiency. The use of optical fibers allows laser technology to be implemented, for example, on an anthropomorphic robotic arm.

L'assorbimento della radiazione emessa dai diodi laser da parte di superfici irregolari di alcuni componenti metallici può rappresentare un problema nel caso di componenti meccanici particolarmente complessi. The absorption of the radiation emitted by laser diodes by irregular surfaces of some metal components can represent a problem in the case of particularly complex mechanical components.

In particolare le irregolarità possono essere dovute: alla geometria della superficie, alla presenza di fori o bordi, alla finitura superficiale della stessa, alla presenza di ossidazione o alla presenza di una superficie precedentemente trattata. In particular, irregularities may be due to: the geometry of the surface, the presence of holes or edges, the surface finish of the same, the presence of oxidation or the presence of a previously treated surface.

Con lo scopo quindi di migliorare l’omogeneità dello spessore di materiale trattato, l’omogeneità del profilo di durezza sulla superficie trattata e comunque la riproducibilità su scala industriale del trattamento, si è implementato l’uso di un pirometro, misurante la temperatura istantanea della zona trattata. Therefore, with the aim of improving the homogeneity of the thickness of the treated material, the homogeneity of the hardness profile on the treated surface and in any case the reproducibility of the treatment on an industrial scale, the use of a pyrometer was implemented, measuring the instantaneous temperature of the treated area.

Il pirometro, associato ad una testa laser, misura in tempo reale la temperatura della superficie riscaldata e, attraverso un’unità di controllo, elabora il segnale in modo da regolare la potenza istantanea del fascio laser. Quindi la regolazione avviene ad anello chiuso, elaborando i dati istantanei di temperatura della zona trattata, traducendoli in una informazione sulla potenza che è fornita alla radiazione elettromagnetica. The pyrometer, associated with a laser head, measures the temperature of the heated surface in real time and, through a control unit, processes the signal in order to adjust the instantaneous power of the laser beam. Then the regulation takes place in a closed loop, processing the instantaneous temperature data of the treated area, translating them into information on the power that is supplied to the electromagnetic radiation.

In particolare se il pirometro misura un aumento di temperatura della superficie riscaldata rispetto a quella impostata, agirà sulla potenza del fascio diminuendola. Al contrario se il pirometro misura una diminuzione della temperatura della superficie riscaldata, agirà sulla potenza del fascio aumentandola. In particular, if the pyrometer measures an increase in the temperature of the heated surface compared to that set, it will act on the power of the beam by decreasing it. On the contrary, if the pyrometer measures a decrease in the temperature of the heated surface, it will act on the power of the beam by increasing it.

Un primo inconveniente del trattamento termico di tempra è la presenza di uno strato superficiale, direttamente a contatto con l’atmosfera, che risulta decarburato. A first drawback of the hardening heat treatment is the presence of a surface layer, directly in contact with the atmosphere, which is decarburized.

Infatti il riscaldamento del componente meccanico, anche se effettuato con le caratteristiche della tecnologia laser, non impedisce che il materiale nelle immediate vicinanze si riscaldi per conduzione. In fact, the heating of the mechanical component, even if carried out with the characteristics of laser technology, does not prevent the material in the immediate vicinity from heating up by conduction.

Questo effetto fa in modo che il materiale, ancor prima di essere trattato, sia riscaldato ad una temperatura tale da aumentare la mobilità degli atomi di carbonio verso l’esterno. Dunque la superficie più esterna tenderà a decarburare, compromettendo la propria durezza e riservando i valori più elevati della durezza ad uno strato di materiale a circa 0,2 mm dalla superficie. In questo modo il massimo del valore della durezza non si ha sulla superficie più esterna del pezzo dove se ne ha la necessità maggiore. Questa decarburazione viene definita decarburazione iniziale. This effect ensures that the material, even before being treated, is heated to a temperature that increases the mobility of the carbon atoms towards the outside. Therefore the outermost surface will tend to decarbonise, compromising its hardness and reserving the highest values of hardness for a layer of material about 0.2 mm from the surface. In this way the maximum of the hardness value does not occur on the outermost surface of the piece where it is most needed. This decarburization is called initial decarburization.

Un secondo inconveniente è dovuto alla necessità di un drastico raffreddamento che deve seguire il riscaldamento. A second drawback is due to the need for a drastic cooling which must follow the heating.

Nelle tecniche attuali, tale riscaldamento è seguito da un raffreddamento per conduzione, dovuto al trasferimento di calore dalla superficie a temperatura maggiore al cuore del pezzo a temperatura minore. In current techniques, this heating is followed by cooling by conduction, due to the transfer of heat from the surface at a higher temperature to the core of the piece at a lower temperature.

Questo repentino raffreddamento è difficile da ottenere nel caso di spessori e volumi ridotti o prolungata esposizione del componente meccanico alla radiazione elettromagnetica, in quanto il componente tende a scaldarsi per intero in modo diffuso. This sudden cooling is difficult to obtain in the case of reduced thicknesses and volumes or prolonged exposure of the mechanical component to electromagnetic radiation, as the component tends to heat up completely in a diffused way.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di ovviare agli inconvenienti della tecnica nota. The aim of the present invention is therefore to obviate the drawbacks of the known art.

Un primo compito della presente invenzione è quello di garantire che il pezzo meccanico trattato sia soggetto ad una decarburazione iniziale nettamente minore, rispetto all’usuale trattamento di tempra laser. A first task of the present invention is to ensure that the treated mechanical piece is subject to a significantly lower initial decarburization, compared to the usual laser hardening treatment.

Un secondo compito della presente invenzione è garantire che, dopo la fase di riscaldamento, il raffreddamento abbia un effetto drastico, tale da inibire la decarburazione dopo il trattamento termico di tempra. A second task of the present invention is to ensure that, after the heating step, the cooling has a drastic effect, such as to inhibit decarburization after the hardening heat treatment.

Un ulteriore compito della presente invenzione è quello di prevedere un impianto capace di eseguire i compiti precedentemente descritti. A further task of the present invention is that of providing a plant capable of performing the tasks described above.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un trattamento termico secondo la rivendicazione 1 e da un impianto per detto trattamento secondo la rivendicazione 9. These and other objects are achieved by a heat treatment according to claim 1 and by a plant for said treatment according to claim 9.

Gli ulteriori vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione appariranno chiare dalla descrizione dettagliata che segue di alcuni esempi di realizzazione, fatti a titolo esplicativo e non limitativo, in relazione ai disegni allegati nei quali: The further advantages and characteristics of the present invention will appear clear from the detailed description that follows of some examples of embodiment, given by way of non-limiting explanation, in relation to the attached drawings in which:

Fig. 1 mostra una vista schematica di una testa di un impianto per il trattamento termico secondo l’invenzione; Fig. 1 shows a schematic view of a head of a heat treatment plant according to the invention;

Fig. 2 mostra una vista schematica di una forma di realizzazione di un impianto per il trattamento termico secondo l’invenzione; Fig. 2 shows a schematic view of an embodiment of a heat treatment plant according to the invention;

Fig. 3 mostra una vista schematica di una seconda forma di realizzazione di un impianto per il trattamento termico secondo l’invenzione; Fig. 3 shows a schematic view of a second embodiment of a heat treatment plant according to the invention;

Fig. 4 mostra una vista schematica di una possibile implementazione ad un braccio robotico antropomorfo dell’impianto secondo l’invenzione; Fig. 4 shows a schematic view of a possible implementation to an anthropomorphic robotic arm of the plant according to the invention;

Fig. 5 mostra una vista schematica di una possibile implementazione ad una struttura a portale mobile dell’impianto secondo l’invenzione; Fig. 5 shows a schematic view of a possible implementation to a mobile portal structure of the plant according to the invention;

Fig. 6 mostra una vista schematica di una possibile implementazione ad una struttura a tavola mobile dell’impianto secondo l’invenzione; Fig. 6 shows a schematic view of a possible implementation to a mobile table structure of the plant according to the invention;

Fig. 7 mostra una vista schematica di una forma di realizzazione alternativa di una testa di un impianto per il trattamento termico secondo l’invenzione; e Fig. 7 shows a schematic view of an alternative embodiment of a head of a heat treatment plant according to the invention; And

Fig. 8 è un grafico che mostra un confronto fra gli andamenti sperimentali della microdurezza, al variare della distanza della misurazione dalla superficie, di un provino che ha subito un trattamento termico secondo l’invenzione e un provino che ha subito un trattamento termico convenzionale. Fig. 8 is a graph showing a comparison between the experimental trends of the microhardness, as the distance of the measurement from the surface varies, of a specimen that has undergone a heat treatment according to the invention and a specimen that has undergone a conventional heat treatment.

Nelle figure 1 e 2 è rappresentata schematicamente la testa laser indicata complessivamente con il riferimento 12 di un impianto 13 per il trattamento termico secondo l’invenzione. Figures 1 and 2 schematically represent the laser head indicated as a whole with the reference 12 of a system 13 for the heat treatment according to the invention.

Il trattamento termico secondo l’invenzione comprende: The heat treatment according to the invention includes:

- un raffreddamento iniziale della superficie da trattare; - an initial cooling of the surface to be treated;

- un riscaldamento ad una temperatura predefinita, eseguito per mezzo di radiazioni elettromagnetiche, emesse da una fonte di radiazioni elettromagnetiche; - a heating to a predefined temperature, carried out by means of electromagnetic radiation, emitted by a source of electromagnetic radiation;

- una permanenza a tale temperatura; e - a permanence at this temperature; And

- un raffreddamento finale della superficie trattata. - a final cooling of the treated surface.

Si descriveranno ora nel dettaglio una o più forme di realizzazione del metodo secondo l’invenzione riferendosi ad un trattamento di tempra in cui il riscaldamento viene effettuato con tecnologia laser, dove la fonte di radiazioni elettromagnetiche è un laser a diodi ad alta potenza. One or more embodiments of the method according to the invention will now be described in detail, referring to a hardening treatment in which heating is carried out with laser technology, where the source of electromagnetic radiation is a high-power diode laser.

Con riferimento alla figura 1 la superficie di un componente meccanico 20 può essere schematicamente divisa in tre parti: un tratto di superficie da trattare 14, un tratto di superficie che subisce il riscaldamento 16 e un tratto di superficie che deve essere raffreddata 18. With reference to Figure 1, the surface of a mechanical component 20 can be schematically divided into three parts: a portion of the surface to be treated 14, a portion of the surface that undergoes heating 16 and a portion of surface that must be cooled 18.

Rispetto all’usuale trattamento termico di tempra superficiale il trattamento secondo l’invenzione prevede una fase di raffreddamento iniziale della superficie da trattare 14. Compared to the usual surface hardening heat treatment, the treatment according to the invention involves an initial cooling phase of the surface to be treated 14.

Il raffreddamento eseguito sul componente meccanico 20 può essere totale, per mezzo di ambienti a temperatura controllata, o locale attraverso l’uso di un getto raffreddante. The cooling performed on the mechanical component 20 can be total, by means of controlled temperature environments, or local through the use of a cooling jet.

Il getto raffreddante può essere un fluido, come aria, o preferibilmente una emulsione di azoto liquido in azoto gassoso. The cooling jet can be a fluid, such as air, or preferably an emulsion of liquid nitrogen in gaseous nitrogen.

L’emulsione di azoto è ottenuta attraverso l’utilizzo di due serbatoi 24, 26 il cui contenuto è miscelato in un miscelatore 28. Il serbatoio 24 contiene azoto allo stato gassoso, e il serbatoio 26 contiene azoto allo stato liquido. L’azoto liquido si trova alla temperatura di circa -200°C. Per regolare la temperatura del getto raffreddante l’azoto liquido deve essere opportunamente miscelato con l’azoto allo stato gassoso che funge da gas portante. Come ben noto, indirizzando direttamente azoto liquido sulla superficie del componente meccanico 20, si provocherebbe l’infragilimento del materiale di cui è composto il componente meccanico 20. The nitrogen emulsion is obtained through the use of two tanks 24, 26 whose contents are mixed in a mixer 28. The tank 24 contains nitrogen in the gaseous state, and the tank 26 contains nitrogen in the liquid state. Liquid nitrogen is found at a temperature of about -200 ° C. To adjust the temperature of the cooling jet, liquid nitrogen must be suitably mixed with nitrogen in the gaseous state which acts as a carrier gas. As is well known, by directly addressing liquid nitrogen on the surface of the mechanical component 20, it would cause the embrittlement of the material of which the mechanical component 20 is composed.

La regolazione della temperatura avviene miscelando l’azoto gassoso con l’azoto liquido secondo rapporti di dosatura differenti. The temperature is adjusted by mixing nitrogen gas with liquid nitrogen according to different dosage ratios.

La regolazione della miscelazione dipende dal profilo di raffreddamento che si vuole imporre alla superficie del componente meccanico 20, dal tipo di materiale da trattare, dalla velocità del riscaldamento e dalla velocità di avanzamento della testa laser 12 nelle condizioni operative. The adjustment of the mixing depends on the cooling profile to be imposed on the surface of the mechanical component 20, on the type of material to be treated, on the heating speed and on the speed of advancement of the laser head 12 in the operating conditions.

La regolazione potrà essere manuale o automatica. Nella regolazione manuale, si potrà fare uso di meccanismi noti come valvole (non mostrate). La regolazione automatica potrà essere implementata usando un ciclo ad anello aperto attraverso parametri predefiniti dall’utilizzatore, o attraverso un ciclo ad anello chiuso in base a parametri misurati in tempo reale durante il trattamento termico ed elaborati da un programma per computer. La misurazione in tempo reale può essere effettuata ad esempio per mezzo di rilevatori a infrarossi. The adjustment can be manual or automatic. In manual adjustment, mechanisms known as valves (not shown) may be used. The automatic adjustment can be implemented using an open loop cycle through parameters predefined by the user, or through a closed loop cycle based on parameters measured in real time during heat treatment and processed by a computer program. The real-time measurement can be carried out for example by means of infrared detectors.

In una possibile forma di realizzazione del metodo secondo l’invenzione, il raffreddamento può essere di natura massiva, cioè coinvolgere l’intero componente. In a possible embodiment of the method according to the invention, the cooling can be of a massive nature, i.e. involving the entire component.

Questo tipo di raffreddamento può essere eseguito ad esempio attraverso l’uso di celle frigorifere, celle frigorifere ad atmosfera controllata, bagni con sostanze raffreddanti o con qualsiasi mezzo che provochi un raffreddamento dell’intero componente meccanico senza interferire con la successiva fase di riscaldamento. This type of cooling can be performed, for example, through the use of cold rooms, controlled atmosphere cold rooms, baths with cooling substances or by any means that causes the entire mechanical component to cool without interfering with the subsequent heating phase.

Nel caso di raffreddamento massivo attraverso un bagno con una sostanza raffreddante, può essere previsto l’utilizzo di sostanze quali il Glicol etilenico, avente un punto di congelamento di circa −50°C. Il tempo di permanenza nel mezzo raffreddante dovrà essere idoneo allo scopo di portare il componente ad una prestabilita temperatura uniforme nella zona di interesse. In the case of massive cooling through a bath with a cooling substance, the use of substances such as ethylene glycol, having a freezing point of about -50 ° C, may be envisaged. The residence time in the cooling medium must be suitable in order to bring the component to a predetermined uniform temperature in the area of interest.

La fase di raffreddamento iniziale ha lo scopo di preparare il materiale alla successiva fase di riscaldamento, impedendo la decarburazione degli strati più esterni del materiale. Infatti nel noto trattamento di tempra laser, le radiazioni elettromagnetiche riscaldano direttamente la superficie del materiale, ma per conduzione viene riscaldato anche un tratto di superficie del componente meccanico adiacente alla superficie riscaldata stessa. The initial cooling phase has the purpose of preparing the material for the subsequent heating phase, preventing the decarburization of the outermost layers of the material. In fact, in the known laser hardening treatment, the electromagnetic radiations directly heat the surface of the material, but a portion of the surface of the mechanical component adjacent to the heated surface is also heated by conduction.

La seconda fase del trattamento termico di tempra secondo l’invenzione consiste in un riscaldamento localizzato della superficie. The second phase of the hardening heat treatment according to the invention consists in a localized heating of the surface.

Detto riscaldamento avviene per mezzo di un sistema laser, indicato complessivamente con il riferimento 30, con diodi ad alta potenza ad esempio del tipo commercializzato da “LASERLINE”. In questo tipo di sistema laser si può avere una potenza in uscita selezionabile tra 100W e 10.000W. Said heating takes place by means of a laser system, indicated as a whole with reference 30, with high-power diodes, for example of the type marketed by "LASERLINE". In this type of laser system you can have a selectable output power between 100W and 10,000W.

La testa laser 12 è collegata per mezzo di una fibra ottica 34 al generatore di radiazioni elettromagnetiche indicato complessivamente con il riferimento 36. The laser head 12 is connected by means of an optical fiber 34 to the electromagnetic radiation generator indicated as a whole with reference number 36.

Detta testa laser 12, nelle condizioni operative, si muove lungo la direzione indicata con A in figura 1. In particolare è consentito che il trattamento termico venga eseguito o con testa in movimento lungo la direzione A o con componente in movimento lungo la direzione B. Said laser head 12, in the operating conditions, moves along the direction indicated with A in figure 1. In particular, it is allowed that the heat treatment is carried out either with the head moving along the direction A or with the component moving along the direction B.

In accordo con una possibile forma di realizzazione, la regolazione della potenza avviene a ciclo chiuso come descritto precedentemente per mezzo di un pirometro 32 associato alla testa 12 del sistema laser 30. In accordance with a possible embodiment, the regulation of the power takes place in a closed cycle as previously described by means of a pyrometer 32 associated with the head 12 of the laser system 30.

Il pirometro 32 misura in modo istantaneo la temperatura del tratto di superficie 16 investito dalle radiazioni elettromagnetiche, l’informazione viene elaborata da un’unità di controllo e confrontata con un valore precedentemente impostato a bordo macchina. The pyrometer 32 instantly measures the temperature of the surface area 16 hit by electromagnetic radiation, the information is processed by a control unit and compared with a value previously set on the machine.

In base al segno positivo o negativo e al valore assoluto della differenza fra la temperatura rilevata e la temperatura di tempra selezionata, detta unità di controllo regola la potenza istantanea fornita alla radiazione elettromagnetica, consentendo di avere una superficie riscaldata 16 ad una temperatura pressoché costante. On the basis of the positive or negative sign and the absolute value of the difference between the detected temperature and the selected hardening temperature, said control unit adjusts the instantaneous power supplied to the electromagnetic radiation, allowing to have a heated surface 16 at an almost constant temperature.

La regolazione della potenza del laser, associata al raffreddamento iniziale, consente di mantenere costanti i parametri di tempra. The adjustment of the laser power, associated with the initial cooling, allows to keep the hardening parameters constant.

I parametri che durante la fase di riscaldamento influiscono sul trattamento di tempra e che possono essere controllati sono la velocità di riscaldamento, la temperatura di tempra, e il tempo di permanenza alla temperatura di tempra. The parameters which during the heating phase affect the hardening treatment and which can be controlled are the heating speed, the hardening temperature, and the residence time at the hardening temperature.

Dato un particolare tipo di acciaio è possibile quindi controllare la velocità di riscaldamento e la temperatura di tempra regolando opportunamente la velocità di avanzamento relativa tra testa laser 12 e il componente meccanico 20. La temperatura di tempra, impostata a priori, è controllata per mezzo del pirometro 32 e regolata attraverso l’unità di controllo connessa al sistema di regolazione di potenza della radiazione elettromagnetica. Given a particular type of steel, it is therefore possible to control the heating speed and the hardening temperature by suitably adjusting the relative advancement speed between the laser head 12 and the mechanical component 20. The hardening temperature, set a priori, is controlled by means of the pyrometer 32 and regulated through the control unit connected to the electromagnetic radiation power regulation system.

L’ultima fase del trattamento termico di tempra secondo l’invenzione è il drastico raffreddamento a cui deve essere sottoposta la superficie riscaldata del componente meccanico 20, affinché si abbia la trasformazione dell’austenite in martensite. The last phase of the hardening heat treatment according to the invention is the drastic cooling to which the heated surface of the mechanical component 20 must be subjected, in order to have the transformation of austenite into martensite.

Si procede quindi con un secondo getto di raffreddamento simile a quello descritto precedentemente, utilizzato per la preparazione della superficie da trattare 14. We then proceed with a second cooling jet similar to the one described above, used for the preparation of the surface to be treated 14.

In particolare, come nel caso precedente, è preferibile utilizzare una emulsione di azoto o altro gas inerte, in modo da prevenire eventuali fenomeni di ossidazione dovuti all’utilizzo di acqua o di aria. In particular, as in the previous case, it is preferable to use a nitrogen emulsion or other inert gas, in order to prevent any oxidation phenomena due to the use of water or air.

Infatti, a differenza della tecnica nota dove il drastico raffreddamento è ottenuto passivamente attraverso la parte più fredda del componente meccanico 20, in questo caso il raffreddamento è ottenuto attivamente con l’uso del getto. È quindi possibile il controllo anche della fase di raffreddamento. In fact, unlike the known technique where the drastic cooling is obtained passively through the coldest part of the mechanical component 20, in this case the cooling is obtained actively with the use of the jet. It is therefore also possible to control the cooling phase.

In particolare sarà possibile trattare anche componenti di spessore limitato, dove non è possibile avere una parte di materiale che, non essendo stata riscaldata, raffreddi per conduzione la parte più superficiale. In particular, it will also be possible to treat components of limited thickness, where it is not possible to have a part of the material which, having not been heated, cools the most superficial part by conduction.

Allo stesso modo sarà possibile in presenza di spessori limitati ottenere una tempra massiva dell’intero spessore del componente meccanico da trattare. In una ulteriore forma di realizzazione è previsto il raffreddamento passivo del componente, cioè per conduzione di calore con la porzione di componente a temperatura minore. In particolare detta forma di raffreddamento potrà essere utilizzata nei componenti raffreddati completamente e che hanno un volume e una massa tale da garantire un rapido raffreddamento. In the same way it will be possible in the presence of limited thicknesses to obtain a massive hardening of the entire thickness of the mechanical component to be treated. In a further embodiment, passive cooling of the component is provided, ie by conduction of heat with the component portion at a lower temperature. In particular, said form of cooling can be used in components which have been completely cooled and which have a volume and mass such as to guarantee rapid cooling.

Riferendosi ora al ciclo termico totale, secondo il trattamento termico descritto più sopra, esso è caratterizzato da una fase di raffreddamento iniziale del componente meccanico, sia esso locale o generalizzato, ad una temperatura che generalmente è inferiore alla temperatura ambiente. Referring now to the total thermal cycle, according to the thermal treatment described above, it is characterized by an initial cooling phase of the mechanical component, be it local or generalized, to a temperature that is generally lower than the ambient temperature.

Questa fase è seguita da un riscaldamento molto veloce alla temperatura di tempra, che può raggiungere valori paragonabili al valore della temperatura di fusione del materiale. This phase is followed by a very fast heating to the hardening temperature, which can reach values comparable to the value of the melting temperature of the material.

L’ultima fase è di drastico raffreddamento fino ad una temperatura che può essere superiore o inferiore alla temperatura ambiente. The last phase is a drastic cooling down to a temperature that can be higher or lower than the ambient temperature.

Si descriverà ora nel dettaglio una possibile forma di realizzazione di un impianto 13 per il trattamento termico di tempra secondo l’invenzione. L’impianto 13 si compone di due parti fondamentali, una prima parte legata al riscaldamento e una seconda parte legata al raffreddamento. A possible embodiment of a plant 13 for the hardening heat treatment according to the invention will now be described in detail. System 13 consists of two basic parts, a first part related to heating and a second part related to cooling.

La prima parte legata al riscaldamento utilizza, come precedentemente esposto, la tecnologia laser. Resta inteso che alla presente invenzione è applicabile un qualsiasi altro tipo di riscaldamento, ad esempio il riscaldamento per induzione, avente le medesime caratteristiche di velocità di riscaldamento, di temperatura raggiunta e concentrazione di energia. La testa laser 12 è collegata al generatore di radiazioni elettromagnetiche 36 attraverso l’uso di una fibra ottica 34 che consente ampi movimenti relativi tra la detta testa 12 e detto generatore 36. The first part related to heating uses, as previously explained, laser technology. It is understood that any other type of heating is applicable to the present invention, for example heating by induction, having the same characteristics of heating rate, temperature reached and energy concentration. The laser head 12 is connected to the electromagnetic radiation generator 36 through the use of an optical fiber 34 which allows large relative movements between said head 12 and said generator 36.

L’emettitore 40 di radiazione elettromagnetica è posizionato sulla superficie operativa 21 della testa laser 12, dove trova alloggiamento anche il pirometro 32 precedentemente descritto. Il pirometro 32 risulta essere orientabile, in modo che possa misurare esattamente la temperatura della superficie irradiata. The emitter 40 of electromagnetic radiation is positioned on the operating surface 21 of the laser head 12, where the pyrometer 32 previously described is also housed. The pyrometer 32 turns out to be orientable, so that it can accurately measure the temperature of the irradiated surface.

La seconda parte dell’impianto è il sistema di raffreddamento utilizzato per il controllo della temperatura nella zona trattata, prima e dopo il riscaldamento imposto dalla testa laser 12 precedentemente descritta. The second part of the system is the cooling system used to control the temperature in the treated area, before and after the heating imposed by the laser head 12 previously described.

Il sistema di raffreddamento comprende due serbatoi di azoto 24 e 26: un primo serbatoio 24 contenente azoto allo stato gassoso a temperatura ambiente, e un secondo serbatoio 26 contenente azoto allo stato liquido alla temperatura di circa -200°C. I serbatoi sono collegati per mezzo di condotti 42, 44 al miscelatore 28. The cooling system comprises two nitrogen tanks 24 and 26: a first tank 24 containing nitrogen in a gaseous state at room temperature, and a second tank 26 containing nitrogen in a liquid state at a temperature of about -200 ° C. The tanks are connected by means of pipes 42, 44 to the mixer 28.

Secondo una possibile forma di realizzazione il miscelatore 28 è collegato a sua volta ad un sistema di controllo che, come esposto precedentemente, consente di regolare la miscelazione del contenuto proveniente dai due serbatoi 24 e 26. According to a possible embodiment, the mixer 28 is in turn connected to a control system which, as previously explained, allows to regulate the mixing of the contents coming from the two tanks 24 and 26.

Come esposto precedentemente il miscelatore 28 rende possibile la regolazione della temperatura e della pressione dei due getti. As previously disclosed, the mixer 28 makes it possible to regulate the temperature and pressure of the two jets.

Il miscelatore 28 è collegato attraverso un condotto 46 a due ugelli 29 e 31: un primo ugello 29 per il raffreddamento della zona superficiale da trattare 14, un secondo ugello 31 per il raffreddamento della zona superficiale trattata 18. Entrambi gli ugelli 29 e 31 possono essere ricavati nella struttura della testa laser 12. Nelle normali condizioni operative i getti, provenienti dai due ugelli 29 e 31, investono il componente in zone contigue rispetto alla zona che subisce il riscaldamento 16, in modo che un primo getto investa la zona che sta per essere trattata 14 e che il secondo getto investa la zona della superficie appena trattata 18. The mixer 28 is connected through a duct 46 to two nozzles 29 and 31: a first nozzle 29 for cooling the surface area to be treated 14, a second nozzle 31 for cooling the treated surface area 18. Both nozzles 29 and 31 can be obtained in the structure of the laser head 12. Under normal operating conditions, the jets, coming from the two nozzles 29 and 31, strike the component in contiguous areas with respect to the area that undergoes heating 16, so that a first jet invests the area that is to be treated 14 and that the second casting invests the area of the surface just treated 18.

In una possibile realizzazione, sono previste due paratoie 56 e 58 posizionate sulla superficie operativa 21 della testa laser 12 dividenti l’emettitore di radiazioni elettromagnetiche 40 dagli ugelli 29 e 31. Le paratoie 56 e 58 hanno dimensioni adeguate ad impedire un’interazione diretta tra detta fonte e i getti provenienti da detti ugelli 29 e 31. In a possible embodiment, two gates 56 and 58 are provided positioned on the operating surface 21 of the laser head 12 dividing the electromagnetic radiation emitter 40 from the nozzles 29 and 31. The gates 56 and 58 have adequate dimensions to prevent direct interaction between said source and the jets coming from said nozzles 29 and 31.

Riferendosi ora alla figura 3, una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione può prevedere l’utilizzo di due miscelatori 48 e 50: un primo miscelatore 48 per il primo ugello 29 e un secondo miscelatore 50 per il secondo ugello 31, in modo da regolare indipendentemente la pressione e la temperatura dei due getti. Referring now to figure 3, a further embodiment of the present invention can provide for the use of two mixers 48 and 50: a first mixer 48 for the first nozzle 29 and a second mixer 50 for the second nozzle 31, so as to regulate regardless of the pressure and temperature of the two jets.

Secondo questa forma di realizzazione il miscelatore 48 è collegato ai serbatoi 24 e 26 attraverso i condotti 43 e 45 e il miscelatore 50 è a sua volta collegato ai serbatoi 24 e 26 attraverso i condotti 60 e 62. According to this embodiment, the mixer 48 is connected to the tanks 24 and 26 through the pipes 43 and 45 and the mixer 50 is in turn connected to the tanks 24 and 26 through the pipes 60 and 62.

Il miscelatore 48 risulta inoltre connesso alla testa laser 12 attraverso il condotto 52, mentre il miscelatore 50 risulta connesso alla testa laser 12 attraverso il condotto 54. The mixer 48 is also connected to the laser head 12 through the duct 52, while the mixer 50 is connected to the laser head 12 through the duct 54.

L’utilizzo dei due miscelatori 48 e 50 può risultare molto utile per la regolazione indipendente del raffreddamento iniziale e del raffreddamento finale, in questo modo si rende possibile una regolazione istantanea di entrambi i getti in base a parametri istantaneamente misurati durante le condizioni operative, ad esempio attraverso l’uso di rilevatori ad infrarossi. Nella tecnica nota, il riscaldamento della zona da trattare 14, dovuto a conduzione tra detta superficie e quella riscaldata 16, fa in modo che venga aumentata la mobilità degli atomi di carbonio negli strati superficiali più esterni, incorrendo quindi in una decarburazione dello strato di superficie che deve ancora essere soggetto alle radiazioni elettromagnetiche. The use of the two mixers 48 and 50 can be very useful for the independent regulation of the initial cooling and of the final cooling, in this way it is possible to instantly adjust both jets on the basis of parameters instantaneously measured during the operating conditions, for example example through the use of infrared detectors. In the known art, the heating of the area to be treated 14, due to conduction between said surface and the heated one 16, causes the mobility of the carbon atoms in the outermost surface layers to be increased, thus incurring a decarburization of the surface layer which has yet to be subjected to electromagnetic radiation.

Come apparirà chiaro alla persona esperta, indirizzare un getto raffreddante di azoto emulsionato sulla zona 14 che sarà soggetta al riscaldamento fa sì che venga inibito l’aumento della mobilità degli atomi di carbonio. As will become clear to the skilled person, directing a cooling jet of emulsified nitrogen on the area 14 that will be subjected to heating causes the increase in the mobility of the carbon atoms to be inhibited.

Inoltre un ulteriore vantaggio di questa fase aggiuntiva è che si riuscirà a migliorare la ripetibilità del trattamento, a tutto vantaggio dell’industrializzazione e dell’automazione. Effettuando il riscaldamento secondo le modalità consuete, a seconda del tempo di esposizione della superficie 16 alla radiazione elettromagnetica, la superficie 14 che deve ancora essere trattata avrà una temperatura variabile in funzione della velocità di avanzamento della testa laser 12. Agendo con il raffreddamento si renderà invece omogenea la temperatura della porzione di superficie 14 che subirà il riscaldamento. Furthermore, a further advantage of this additional phase is that it will be possible to improve the repeatability of the treatment, to the benefit of industrialization and automation. By heating in the usual way, depending on the exposure time of the surface 16 to electromagnetic radiation, the surface 14 that still needs to be treated will have a variable temperature according to the speed of advancement of the laser head 12. By acting with cooling, it will become on the other hand, the temperature of the portion of surface 14 which will undergo heating is homogeneous.

Confinando il riscaldamento del materiale ad una superficie ristretta e controllando la temperatura di questa e delle zone immediatamente adiacenti si avrà una qualità di tempra migliore dal punto di vista della distribuzione di durezza. By confining the heating of the material to a restricted surface and controlling the temperature of this and the immediately adjacent areas, a better tempering quality will be obtained from the point of view of hardness distribution.

In più l’utilizzo di gradienti di temperatura elevati consente di mantenere sotto controllo l’intero processo di tempra in modo da contribuire all’ottenimento di un profilo di durezza elevato soprattutto in superficie. Secondo una possibile forma di realizzazione la fase di raffreddamento iniziale può essere eseguita attraverso celle frigorifere, celle frigorifere ad atmosfera controllata e bagni, che non vengono rappresentati nelle figure allegate. In addition, the use of high temperature gradients allows you to keep the entire hardening process under control in order to contribute to obtaining a high hardness profile especially on the surface. According to a possible embodiment, the initial cooling step can be carried out through cold rooms, cold rooms with controlled atmosphere and baths, which are not shown in the attached figures.

In figura 8 è mostrato in forma semplificata, un confronto tra l’andamento della microdurezza al variare della distanza dalla superficie esterna del componente meccanico trattato secondo l’invenzione 94 e una curva relativa ad un trattamento termico convenzionale 96. Come è possibile apprezzare, nella curva ottenuta attraverso il trattamento termico secondo l’invenzione il massimo del valore della microdurezza è rilevabile sulla superficie esterna e non a circa 0.2 mm dalla superficie come nell’arte nota. Nel seguito si descriveranno alcune delle possibili implementazioni della macchina appena descritta. Figure 8 shows in simplified form a comparison between the microhardness trend as the distance from the external surface of the mechanical component treated according to the invention 94 varies and a curve relating to a conventional heat treatment 96. As it is possible to appreciate, in the curve obtained through the heat treatment according to the invention, the maximum value of the micro-hardness is detectable on the external surface and not at about 0.2 mm from the surface as in the known art. In the following we will describe some of the possible implementations of the machine just described.

In figura 4 è rappresentata schematicamente una possibile forma di realizzazione utilizzante un braccio robotico antropomorfo indicato complessivamente con il riferimento 64. Figure 4 schematically represents a possible embodiment using an anthropomorphic robotic arm indicated as a whole with the reference number 64.

Secondo questa forma di realizzazione il movimento della testa laser 12 è impartito dal braccio antropomorfo 64. In particolare in questa soluzione con un unico posizionamento del componente 20, sarà possibile trattare più superfici, anche perpendicolari fra loro. According to this embodiment, the movement of the laser head 12 is imparted by the anthropomorphic arm 64. In particular in this solution with a single positioning of the component 20, it will be possible to treat several surfaces, even perpendicular to each other.

In figura 5 è rappresentata schematicamente una possibile forma di realizzazione utilizzante un portale mobile indicato complessivamente con il riferimento 66. Figure 5 schematically represents a possible embodiment using a mobile portal indicated as a whole with the reference 66.

Come noto la struttura a portale comprende una base 74 generalmente rettangolare e due spalle 68 e 70 fissate in prossimità di due lati paralleli 76 e 78 della base 74. Le spalle 68 e 70 sono capaci di traslare lungo la direzione dei due lati paralleli 76 e 78 della base 74. As known, the portal structure comprises a generally rectangular base 74 and two shoulders 68 and 70 fixed in proximity to two parallel sides 76 and 78 of the base 74. The shoulders 68 and 70 are capable of translating along the direction of the two parallel sides 76 and 78 of the base 74.

Le spalle 68 e 70 sono collegate superiormente ad una traversa 72, parallela ad una superficie di lavoro 80 della base 74. La traversa 72 può muoversi verso l’alto o verso il basso rispetto alla superficie di lavoro 80. Alla traversa 72 è collegata la testa laser 12. Il componente meccanico da trattare appoggia sulla superficie di lavoro 80. The shoulders 68 and 70 are connected at the top to a crosspiece 72, parallel to a work surface 80 of the base 74. The crosspiece 72 can move upwards or downwards with respect to the working surface 80. The crosspiece 72 is connected to the laser head 12. The mechanical component to be treated rests on the work surface 80.

In figura 6 è mostrata schematicamente una ulteriore forma di realizzazione, in cui la testa laser 12 è ferma e il componente meccanico si muove relativamente alla testa 12. Figure 6 schematically shows a further embodiment, in which the laser head 12 is stationary and the mechanical component moves relative to the head 12.

La struttura a tavola mobile, indicata complessivamente con il numero 82, comprende una base 84 avente una superficie operativa 86 a cui è connessa un componente mobile 88 capace di traslare lungo la superficie 86. The movable table structure, indicated as a whole with the number 82, comprises a base 84 having an operating surface 86 to which a movable component 88 capable of translating along the surface 86 is connected.

Il componente meccanico da trattare è posizionato sul componente mobile 88 e quindi risulta movibile relativamente alla testa laser 12. The mechanical component to be treated is positioned on the mobile component 88 and therefore can be moved relative to the laser head 12.

La testa laser 12 è fissata ad un primo corpo orizzontale 90, rigidamente fissato ad un corpo verticale 92 generalmente montato su un lato della base 84. The laser head 12 is fixed to a first horizontal body 90, rigidly fixed to a vertical body 92 generally mounted on one side of the base 84.

Alle forme di realizzazione descritte sopra la persona esperta potrà, al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate. The skilled person may, in order to meet specific needs, make changes and / or replacements of the described elements with equivalent elements to the embodiments described above, without thereby departing from the scope of the attached claims.

Claims (13)

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per un trattamento termico, comprendente: un raffreddamento iniziale della superficie da trattare (14); un riscaldamento ad una temperatura predefinita, eseguito per mezzo di radiazioni elettromagnetiche emesse da una fonte di radiazioni elettromagnetiche; una permanenza a detta temperatura predefinita; e un raffreddamento finale della superficie trattata (18). CLAIMS 1. Method for a heat treatment, comprising: an initial cooling of the surface to be treated (14); a heating to a predefined temperature, performed by means of electromagnetic radiation emitted by a source of electromagnetic radiation; a stay at said predefined temperature; And a final cooling of the treated surface (18). 2. Metodo secondo la precedente rivendicazione caratterizzato dal fatto che detto trattamento termico è un trattamento termico di tempra. 2. Method according to the preceding claim characterized in that said heat treatment is a quenching heat treatment. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detta fonte di radiazioni elettromagnetiche è una testa laser (12). 3. Method according to claim 1 or 2 characterized in that said source of electromagnetic radiation is a laser head (12). 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il raffreddamento iniziale della superficie da trattare (14) è un raffreddamento massivo che coinvolge l’intero componente meccanico (20) da trattare. 4. Method according to any of the preceding claims characterized in that the initial cooling of the surface to be treated (14) is a massive cooling that involves the entire mechanical component (20) to be treated. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che detto primo raffreddamento della superficie da trattare (14) è un raffreddamento localizzato che coinvolge solo la superficie del componente meccanico (20) da trattare. 5. Method according to any one of claims 1 to 3 characterized in that said first cooling of the surface to be treated (14) is a localized cooling which involves only the surface of the mechanical component (20) to be treated. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il raffreddamento iniziale e/o il raffreddamento finale sono ottenuti per mezzo di una emulsione di azoto liquido in azoto gassoso. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the initial cooling and / or the final cooling are obtained by means of an emulsion of liquid nitrogen in gaseous nitrogen. 7. Impianto per un trattamento termico secondo la rivendicazione 1, comprendente: mezzi per il raffreddamento iniziale della superficie da trattare (14); mezzi per il riscaldamento della superficie da trattare ad una temperatura predefinita comprendenti un emettitore di radiazioni elettromagnetiche; e mezzi per il raffreddamento finale della superficie trattata (18). 7. Plant for a heat treatment according to claim 1, comprising: means for the initial cooling of the surface to be treated (14); means for heating the surface to be treated at a predefined temperature comprising an emitter of electromagnetic radiation; and means for the final cooling of the treated surface (18). 8. Impianto secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che: detti mezzi per il riscaldamento della superficie da trattare (14) ad una temperatura predefinita comprendono un generatore di radiazioni elettromagnetiche (36) connesso per mezzo di una fibra ottica (34) ad un emettitore di radiazioni elettromagnetiche (40), detto emettitore di radiazioni elettromagnetiche (40) essendo posizionato su una testa laser (12); 8. Plant according to claim 7 characterized in that: said means for heating the surface to be treated (14) at a predefined temperature comprise a generator of electromagnetic radiation (36) connected by means of an optical fiber (34) to an emitter electromagnetic radiation (40), said electromagnetic radiation emitter (40) being positioned on a laser head (12); 9. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7 o 8 caratterizzato dal fatto che: detti mezzi per il raffreddamento iniziale comprendono celle frigorifere o celle frigorifere ad atmosfera controllata o bagni con sostanze raffreddanti. 9. Plant according to any one of claims 7 or 8 characterized in that: said means for the initial cooling comprise cold rooms or cold rooms with controlled atmosphere or baths with cooling substances. 10. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto che: detti mezzi per il raffreddamento iniziale e/o finale comprendono un serbatoio (24) di azoto allo stato gassoso e un serbatoio (26) di azoto allo stato liquido, connessi attraverso condotti (42, 44) ad un miscelatore (28), detto miscelatore (28) essendo in collegamento di fluido con un primo ugello (29) e/o con un secondo ugello (31) sulla testa laser (12) per mezzo di un condotto (46); detto miscelatore (28) creante una emulsione di azoto a temperatura controllata. 10. Plant according to any one of claims 7 to 9, characterized in that: said means for the initial and / or final cooling comprise a tank (24) of nitrogen in the gaseous state and a tank (26) of nitrogen in the liquid state, connected through ducts (42, 44) to a mixer (28), said mixer (28) being in fluid connection with a first nozzle (29) and / or with a second nozzle (31) on the laser head (12) by means of a conduit (46); said mixer (28) creating a nitrogen emulsion at a controlled temperature. 11. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzato dal fatto che: detti mezzi per il raffreddamento iniziale e finale comprendono un serbatoio (24) di azoto allo stato gassoso e un serbatoio (26) di azoto allo stato liquido; un primo miscelatore (48) e un secondo miscelatore (50) essendo collegati per mezzo di condotti (42, 44, 60, 62) a detti serbatoi; detto primo miscelatore (48) essendo collegato per mezzo del condotto (52) al primo ugello (29), detto secondo miscelatore (50) essendo collegato per mezzo del condotto (54) al secondo ugello (31), detti miscelatori (48, 50) creanti una emulsione di azoto a temperatura controllata. 11. Plant according to any one of claims 7 to 10, characterized in that: said means for initial and final cooling comprise a tank (24) of nitrogen in the gaseous state and a tank (26) of nitrogen in the liquid state; a first mixer (48) and a second mixer (50) being connected by means of pipes (42, 44, 60, 62) to said tanks; said first mixer (48) being connected by means of the duct (52) to the first nozzle (29), said second mixer (50) being connected by means of the duct (54) to the second nozzle (31), said mixers (48, 50 ) creating a nitrogen emulsion at a controlled temperature. 12. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 11, comprendente almeno una unità di controllo per la regolazione istantanea della temperatura della emulsione di azoto in base a parametri misurati sulla superficie del componente meccanico (20). Plant according to any one of claims 7 to 11, comprising at least one control unit for instantaneous regulation of the temperature of the nitrogen emulsion on the basis of parameters measured on the surface of the mechanical component (20). 13. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 12, in cui la testa laser (12) è connessa ad una struttura selezionata nel gruppo comprendente: un braccio robotico antropomorfo (64), una struttura a portale (66), e una struttura a tavola mobile (82).System according to any one of claims 7 to 12, wherein the laser head (12) is connected to a structure selected from the group comprising: an anthropomorphic robotic arm (64), a portal structure (66), and a structure with movable table (82).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3862819A1 (en) * 2020-02-04 2021-08-11 Rolex Sa Heat treatment method for a timepiece component

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU418533A1 (en) * 1971-11-22 1974-03-05
JPS60116724A (en) * 1983-11-28 1985-06-24 High Frequency Heattreat Co Ltd Hardening method of circumferential surface
SU1523578A1 (en) * 1988-04-19 1989-11-23 Донецкий государственный университет Method of heat treatment of steel articles
JPH05263125A (en) * 1992-03-16 1993-10-12 Yamazaki Mazak Corp Full automatic high-frequency induction quenching device
US5827378A (en) * 1996-06-24 1998-10-27 Acds Technologies, Ltd. Method of treatment of metallic workpieces
EP1988179A2 (en) * 2007-04-13 2008-11-05 Saet S.p.A. Device and method for performing a localized induction hardening treatment on mechanical components, specifically thrust blocks for large-sized rolling bearings
DE102008020794A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-06 Volkswagen Ag Laser hardening plant for steel workpieces, has three adjacent, independent cooling nozzles to allow increased laser penetration depth and trace width without overheating

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU418533A1 (en) * 1971-11-22 1974-03-05
JPS60116724A (en) * 1983-11-28 1985-06-24 High Frequency Heattreat Co Ltd Hardening method of circumferential surface
SU1523578A1 (en) * 1988-04-19 1989-11-23 Донецкий государственный университет Method of heat treatment of steel articles
JPH05263125A (en) * 1992-03-16 1993-10-12 Yamazaki Mazak Corp Full automatic high-frequency induction quenching device
US5827378A (en) * 1996-06-24 1998-10-27 Acds Technologies, Ltd. Method of treatment of metallic workpieces
EP1988179A2 (en) * 2007-04-13 2008-11-05 Saet S.p.A. Device and method for performing a localized induction hardening treatment on mechanical components, specifically thrust blocks for large-sized rolling bearings
DE102008020794A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-06 Volkswagen Ag Laser hardening plant for steel workpieces, has three adjacent, independent cooling nozzles to allow increased laser penetration depth and trace width without overheating

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Section Ch Week 199022, Derwent World Patents Index; Class M, Page 24, AN 1990-170356 *
DATABASE WPI Week 197448, Derwent World Patents Index; AN 1974-83989V *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3862819A1 (en) * 2020-02-04 2021-08-11 Rolex Sa Heat treatment method for a timepiece component
US12006556B2 (en) 2020-02-04 2024-06-11 Rolex Sa Method for heat treating a horological component

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