Técnicas de tratamento térmico para moldes de fundição sob pressão – guia

As técnicas de tratamento térmico são amplamente aplicadas na fabricação de moldes para fundição sob pressão; elas podem melhorar significativamente a microestrutura e o desempenho dos componentes do molde, prolongar a vida útil do molde, melhorar a qualidade da usinagem e reduzir o desgaste da ferramenta.

Os moldes de fundição sob pressão são geralmente feitos de ligas de aço para ferramentas. As sequências típicas de tratamento térmico incluem recozimento esferoidizante, alívio/estabilização de tensões, têmpera (ou têmpera e revenimento) e múltiplas operações de revenimento. Ao selecionar uma combinação adequada de tratamentos térmicos, é possível obter a resistência, a tenacidade e o desempenho em altas temperaturas necessários.

Pré-tratamento:

1. Objetivo: remover tensões residuais da forja ou usinagem bruta, reduzir a dureza para facilitar o corte e preparar uma estrutura uniforme para o resfriamento e o revenimento subsequentes.
2. Métodos e efeitos: o recozimento esferoidizante produz uma microestrutura uniforme com carbonetos finamente dispersos para melhorar a tenacidade. O revenimento após o temperamento (ou seja, têmpera seguida de revenimento) geralmente proporciona um equilíbrio superior entre resistência e tenacidade, portanto, para matrizes que exigem alta tenacidade, o revenimento após a têmpera é comumente usado em vez da esferoidização.
3. Recomendação: realize o pré-tratamento em peças forjadas ou em brutos usinados e registre o lote do processo para facilitar a rastreabilidade da qualidade posteriormente.

Tratamento de estabilização:

1. Objetivo: remover as tensões internas geradas durante a usinagem em bruto e reduzir o risco de distorção e rachaduras durante a têmpera. Isso é particularmente importante para matrizes com formas complexas.
2. Processo típico: aqueça a 650 °C a 680 °C, mantenha por 2 a 4 horas, depois remova do forno e deixe esfriar ao ar. Para matrizes com geometria complexa, resfrie no forno a menos de 400 °C antes do resfriamento ao ar para reduzir ainda mais as tensões internas.
3. Casos especiais: as superfícies modificadas por EDM (usinagem por descarga elétrica) podem desenvolver uma camada recastada ou danificada e são propensas a trincas de corte por fio; um recozimento de alívio de tensão a temperatura mais baixa deve ser realizado para remover as tensões locais.

Pré-aquecimento de têmpera:

1. Motivo: as matrizes de fundição sob pressão são frequentemente feitas de aços de alta liga com baixa condutividade térmica; o aquecimento direto rápido pode criar grandes gradientes de temperatura, causando rachaduras ou distorções. Portanto, é necessário um pré-aquecimento em etapas.
2. Métodos e temperaturas de pré-aquecimento: o pré-aquecimento a temperaturas mais baixas (400 °C a 650 °C) pode ser feito em uma caixa ou forno a ar. O pré-aquecimento a temperaturas mais altas é melhor realizado em um forno de banho de sal para melhorar a uniformidade do calor.
3. Número de pré-aquecimentos e requisitos: as matrizes com requisitos baixos de controle de deformação podem usar menos etapas de pré-aquecimento; para um controle rigoroso da deformação, devem ser usados pré-aquecimentos em várias etapas para reduzir as tensões do gradiente térmico. Uma estimativa empírica comum para o tempo de pré-aquecimento é de 1 min/mm (apenas para referência; verifique com base no material e na espessura do componente).

Aquecimento de têmpera e imersão:

1. Objetivo: obter austenita de composição uniforme e dissolver os carbonetos suficientemente, melhorando assim a resistência à alta temperatura e a resistência ao amolecimento.
2. Seleção da temperatura: a temperatura de têmpera deve ser escolhida dentro dos limites especificados para o material. Temperaturas de têmpera mais altas favorecem a estabilidade térmica, mas podem promover o crescimento de grãos e reduzir a tenacidade; matrizes que exigem alta tenacidade geralmente usam temperaturas de têmpera relativamente mais baixas.
3. Tempo de imersão: para garantir a homogeneização, o aquecimento para têmpera em banho de sal normalmente requer uma imersão relativamente longa; uma estimativa comum é de 0,8 min/mm a 1,0 min/mm (valor de referência; deve ser validado).

Resfriamento da têmpera:

1. Escolha do método de resfriamento: matrizes de formato simples e com baixa sensibilidade à deformação podem ser temperadas em óleo. Matrizes com formatos complexos ou altos requisitos de antideformação são melhor tratadas com têmpera em etapas (acelerando o resfriamento em etapas com transições graduais).
2. Igualização antes do revenimento: para evitar rachaduras e distorções, independentemente do método de resfriamento, não resfrie diretamente até a temperatura ambiente; em vez disso, resfrie primeiro até 150 °C a 180 °C para equalização. O tempo de equalização pode ser estimado em 0,6 min/mm (referência) e, em seguida, prossiga imediatamente para o revenimento.
3. Observações: controle o perfil da taxa de resfriamento para evitar a concentração de tensão térmica com resfriamento superficial/aquecimento interno. Ao usar o resfriamento por etapas ou localizado, certifique-se de que a deformação seja controlável e forneça procedimentos corretivos.

Têmpera:

1. Necessidade: o revenimento suficiente remove as tensões residuais do têmpera e ajusta a dureza e a tenacidade. As matrizes de fundição sob pressão geralmente requerem um revenimento completo, comumente realizado em três etapas.
2. A temperatura do primeiro revenido é geralmente escolhida na faixa de endurecimento secundário do material (para estabilizar a estrutura).
3. A temperatura do segundo revenimento é selecionada para atingir a dureza necessária.
4. A terceira temperatura de revenimento é 10 °C a 20 °C mais baixa que a segunda e é usada para remover tensões residuais e refinar a estrutura.
5. Resfriamento do revenimento: após o revenimento, pode-se usar resfriamento a óleo ou a ar. O tempo de espera do revenimento de ciclo único não deve ser inferior a 2 horas (determine o tempo exato com base na espessura da peça e nos requisitos do material).