No presente trabalho investigou-se o processo de endurecimento superficial do aço AISI 1045, induzido pela incidência de um feixe laser. O efeito das variáveis diâmetro (∅f), densidade de energia (W_e) e de potência (W_p) do feixe (parâmetros do laser) e da atmosfera presente durante a irradiação (ambiente e argônio) foi analisado para irradiações puntiformes e trilhas de pontos. As técnicas de microdureza Vickers, metalografía óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raio X foram empregadas na caracterização do endurecimento e microestrutura da zona afetada pelo feixe laser. Para o ponto isolado, foi possível constatar que: a zona afetada pelo laser tem a forma de uma calota esférica (concha) com dimensões fortemente sensíveis aos parâmetros de feixe e atmosfera; a dureza medida na superfície e ao longo de uma profundidade (numa seção transversal da zona afetada) é máxima nas imediações da superfície e decresce rapidamente na interface entre a zona afetada e o material de base; a ação do feixe laser provoca notável endurecimento do material, elevando a dureza, do valor inicial 250 HV para valores máximos na faixa de 800-1000 HV; a microestrutura da zona afetada pelo laser é composta de duas regiões: a primeira, próxima à superfície do material irradiado, caracterizada pela presença de uma martensita altamente refinada, seguida de uma região de transição, onde coexistem a ferrita proeutetóide e a martensita. A investigação das trilhas de pontos forneceu subsidios iniciais para se definir como deve ser o processo de endurecimento superficial de uma peça, para a relação entre os parâmetros do laser e a geometria da distribuição dos pulsos na superfície da peça. Além disso, desenvolveu-se uma equação fenomenológica, para a variação da profundidade da zona afetada pelo laser (z), com as variáveis de feixe que pode ser descrita por: z=A(1-B/√W_p√W_e), onde o parâmetro A depende da atmosfera empregada e B não depende da atmosfera mas varia ligeiramente com a variação de W_p. Com esta equação, foi possível a construção de um ábaco que pode ser usado no planejamento de operações rotineiras de endurecimento superficial do aço AISI 1045. Este ábaco, se ampliado, pode ser eventualmente utilizado pelo projetista de laser para a escolha da faixa de parâmetros adequados para o endurecimento de materiais, o que pode resultar em equipamentos dedicados a este fim, mais econômicos.

In this work, the laser hardening process has been investigated using the AISI 1045 steel. The effects of the variables diameter (∅f), energy density (W_e) and power density (W_p) of the laser beam, as well as, the environmental atmosphere (room and argon) during irradiation, on the surface hardening, was analyzed for single point and multiple point (trail of points) irradiations. Vickers indentation micro hardness, optical metallography, scanning electron microscopy and X-ray diffraction were utilized for the characterization of the laser beam affected zone. For the single point irradiation it was verified that: the laser affected zone has a spherical cap (shell) shape with dimensions strongly sensitive to laser beam parameters and environmental atmosphere; the hardness measured on surface, as well as along the depth (transversal section of the affected zone), is maximum near the surface and decreases rapidly in the interface between the affected zone and the base metal; the action of laser beam induces a strong increase in the AISI 1045 hardness; from an initial value of 250 HV to maximum values in the range 800-1000 HV; the microestructure of the affected zone is composed of two regions, one, near the surface of irradiated material, characterized by the presence of highly refined martensite, and, another, a transition region, where martensite coexists with proeutectoide ferrite. The investigation performed on multiple point irradiation (trail of points) has given initial information for a better definition of the surface hardening of parts; concerning the laser parameters and the geometry of the pulse distribution on the part surface. Also, a phenomenological equation relating the maximum depth of the laser affected zone, z, with beam parameters was obtained, given by: z=A(1-B/√W_p√W_e), where the parameter A depends on the environment atmosphere, and B is only slightly dependent on W_p. With the use of this equation a monogram was constructed, which can be usea for routine surface hardening operations with AISI 1045 carbon steel. This monogram, if enriched with data from others materials, may be eventually used by the laser designer to choose the better range for the laser beam parameters adequate to surface hardening, owing to dedicated, more economical laser equipments.