Tabela de solução de problemas de tratamento térmico de aço para ferramentas

Sete defeitos que enviam uma ferramenta temperada de volta ao forno ou para o cesto de sucata, com a causa por trás de cada um e a verificação ou a mudança que o corrige. Dureza que sai alta ou baixa, descarbonetação, dureza irregular, distorção, variação dimensional e trincamento durante a têmpera são todos abordados.

Defeitos de tratamento térmico, causas e soluções

Agrupados pelo defeito à sua frente. Cada linha indica uma causa possível e a ação que a elimina. Temperaturas, tempos de patamar e meios de têmpera para cada grau estão em gráfico de têmpera e revenimento, e a dureza que uma temperatura de revenimento produz está na tabela de têmpera.

Possível causa	O que verificar ou mudar
Dureza superior à especificada
Controle de temperatura do forno deficiente	Verifique e calibre os controles do forno regularmente
Carbonetação superficial	Recozer e/ou temperar em fornos com atmosferas neutras controladas
Uso de temperaturas de têmpera muito altas	Não exceda a faixa de temperatura de têmpera recomendada pelo fabricante
Superaquecimento e/ou imersão excessiva na temperatura de têmpera	Não exceda os tempos de imersão de têmpera recomendados pelo fabricante, que variam com diferentes tipos de forno
Ciclagem insuficiente e/ou curta da operação de revenimento	Selecione a temperatura de revenimento mais alta consistente com a dureza exigida. Imersão na temperatura de revenimento por 120 min/pol. (4,72 min/mm) de espessura a quente. Revenimento duplo e triplo para aços para ferramentas de endurecimento ao ar
Dureza inferior à especificada
Controle de temperatura do forno deficiente	Verifique e calibre os controles do forno regularmente
descarbonetação superficial	Recozer e/ou temperar em fornos com atmosferas neutras controladas.
Uso de uma temperatura de têmpera muito baixa	Mantenha-se dentro da faixa de temperatura de têmpera recomendada pelo fabricante
Imersão insuficiente na temperatura de têmpera	Pré-aqueça completamente antes da têmpera. Siga os tempos de imersão de austenitização (têmpera) recomendados
Têmpera muito lenta e/ou interrupções na têmpera	Têmpera uniforme, sem interrupção. Empregue um jato de ar uniforme para aços de endurecimento ao ar quando o tamanho da seção exigir mais do que uma têmpera ao ar parado para resfriamento adequado
Revenimento em faixa de temperatura muito alta para o nível de dureza desejado	Siga as diretrizes de revenimento recomendadas
Dureza irregular na superfície
Descarbonetação superficial e/ou carepa superficial	Certifique-se de que toda a descarbonetação seja removida antes da têmpera. Recoza e/ou tempere em atmosferas neutras controladas ou, quando estas não estiverem disponíveis, use invólucro de folha inoxidável. Sele todas as aberturas do forno para impedir a entrada de ar. Mantenha os fornos em bom estado de conservação para que possam ser devidamente selados
Têmpera não uniforme	Ao temperar ao ar seções grandes, use um jato de ar uniforme para acelerar o resfriamento. Tamanhos de seção pequenos podem ser resfriados ao ar parado em um local onde a circulação de ar não seja impedida. Os meios de têmpera líquidos devem ser agitados e mantidos frios, possivelmente com um resfriador. Mantenha os banhos de têmpera líquida limpos. Use soluções de salmoura em vez de meios de têmpera à base de água
Descarbonetação e carepa na superfície
Falha em remover a descarbonetação superficial do material em barra	Use aços livres de descarbonetação sempre que possível. Verifique e remova a carepa superficial e a descarbonetação conforme recomendado do material laminado
Falha em aquecer e imergir em uma atmosfera de forno neutra durante a têmpera	Recozer e/ou temperar em atmosfera neutra controlada, vácuo ou forno de sal neutro.
Distorção, empenamento, arqueamento ou torção
Configurações de projeto complicadas	Projete a peça com o mínimo de concentradores de tensão, evitando cantos internos vivos, seções espessas adjacentes a seções finas, furos cegos e furos com seções de parede fina
Tensões mecânicas do trabalho a frio (usinagem) foram aliviadas	Alivie as tensões antes da têmpera para eliminar tensões mecânicas
Fixação e suporte insuficientes da peça no forno	Não sobrecarregue os fornos. Suporte a peça adequadamente no forno, suspendendo-a verticalmente sempre que possível. Fixe peças longas e finas a placas de suporte sempre que possível
Choque térmico por aquecimento até a temperatura de têmpera muito rapidamente	Pré-aqueça completamente antes da têmpera. Aqueça e imerja uniformemente na temperatura de têmpera
Falha em aquecer e imergir uniformemente na temperatura de têmpera	Pré-aqueça completamente. Não sobrecarregue os fornos. Imerja completamente na temperatura de têmpera
Têmpera não uniforme	Use aços de endurecimento ao ar sempre que possível. Têmpera uniforme
Variação dimensional, contração ou crescimento
Transformação incompleta e/ou não uniforme de austenita em martensita	Têmpera completa e uniforme. Não faça ciclagem curta da operação de revenimento. Revenimento duplo e triplo para aços de endurecimento ao ar. Empregue têmpera subzero e criogênica para obter transformação completa (austenita em martensita)
Trincamento durante a têmpera
Controles de forno imprecisos permitem austenitização excessiva ou insuficiente	Verifique e calibre os controles do forno
Configurações de projeto criam concentradores de tensão	Simplifique projetos de peças que incorporam concentradores de tensão
Concentrações severas de tensões mecânicas	Aliviar tensões de peças que foram severamente trabalhadas a frio antes do tratamento térmico
Cementação e descarbonetação	Recozer e/ou temperar em fornos com atmosferas neutras controladas
O crescimento de grão por superaquecimento e imersão excessiva torna o aço frágil	Pré-aquecer completamente antes da têmpera. Não imergir em excesso ou de forma insuficiente
Têmpera não uniforme	Resfriar uniformemente. Usar aços de têmpera ao ar sempre que possível
Revenimento em ciclo curto (insuficiente) após a têmpera	Revenimento imediatamente após a têmpera. Evitar revenimento em faixas de temperatura abaixo de 400° F (204° C). Fazer revenimento duplo e triplo em aços de têmpera ao ar

Fonte: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), capítulo 8, lista de solução de problemas, da prática de tratamento térmico da Bethlehem Steel.

Lendo a tabela

A maioria desses defeitos remonta a um de dois hábitos. Um ciclo curto pula a imersão e deixa o núcleo abaixo da temperatura de têmpera, e o controle frouxo do forno deixa a peça acima ou abaixo do alvo. Planejar todo o ciclo de pré-aquecimento, imersão de austenitização, têmpera e revenimento, e então manter o cronograma. Onde a peça precisa ser aliviada de tensões antes da têmpera, os ciclos estão no gráfico de recozimento e normalização.

O trincamento é o defeito com o menor aviso. Aços que se transformam lentamente carregam menos tensão durante a têmpera, então um grau de endurecimento ao ar é a escolha mais segura para uma peça com cantos vivos ou seções mistas do que um grau de têmpera em óleo. O página de trincas de têmpera cobre os mecanismos, e a lista de Erros no tratamento térmico D2 cobre os hábitos de oficina por trás da maioria deles.

Uma peça que apresenta leitura baixa na superfície geralmente perdeu carbono, e não dureza. A descarbonetação aparece em uma face retificada como uma camada macia de alguns milésimos de profundidade, e um teste com lima ou Rockwell na superfície não a detectará depois que a camada for removida. Verifique a dureza em uma face recém-retificada antes de culpar o aço, e use o Métodos de teste de dureza quando uma lima não é suficiente. Valores lidos em equipamentos Vickers ou Brinell convertem no Calculadora de conversão de dureza.

A variação dimensional não é um defeito. Todo aço para ferramentas cresce um pouco na têmpera e o D2 se move menos que todos, então uma matriz que precisa manter uma tolerância recebe sobremetal de acabamento e é retificada após o tratamento térmico. O crescimento esperado para cada família está no gráfico de variação dimensional, e o material a remover de uma barra laminada a quente para alcançar metal limpo antes da usinagem está no Tabela de sobremetal para usinagem.

O tamanho da seção decide quão rápido uma peça precisa ser resfriada para endurecer por completo, e um resfriamento mais rápido do que a seção necessita adiciona tensão sem motivo. A seção que cada grau endurecerá por completo está no gráfico de temperabilidade. Um forno com pirômetro e registrador ainda precisa de uma verificação cruzada na própria peça, que é para o que serve o Tabela de cores por temperatura se destina. Trincas que aparecem após a matriz estar em serviço em vez de após a têmpera geralmente começam em uma camada branca de EDM ou em uma retificação sem alívio de tensões, então verificar as etapas de acabamento assim como o forno.

O ciclo para um grau está no Guia de tratamento térmico D2, com páginas correspondentes para A2, O1, S7, H13 e M2.

Pré-aquecimento em duas etapas

Uma peça que vai direto para um forno na temperatura de têmpera desenvolve choque térmico antes de desenvolver dureza. Passá-la por uma ou duas etapas de pré-aquecimento primeiro, e manter tempo suficiente para o núcleo atingir a temperatura, não apenas a superfície.

Documentar o ciclo e manter o certificado

Um registro de tratamento térmico que contém a temperatura de austenitização, a imersão, o meio de resfriamento e os ciclos de revenimento é o que resolve uma discussão sobre uma peça com falha. O guia de tratamento térmico estabelece os campos que vale a pena registrar, e o certificado de fábrica comprova a composição química que entrou no forno.

Separar a causa do projeto

Uma peça que trinca no mesmo canto toda vez é um problema de projeto e não um problema de forno. As falhas de projeto que se repetem em falhas de ferramentas e matrizes, e a evidência de caso por trás de cada uma, estão reunidas no Página de análise de falhas de ferramentas e matrizes. Concentradores de tensão, cantos internos vivos e seções espessas próximas a finas falham no tratamento térmico antes de falharem em serviço, razão pela qual a seleção de grau começa com a geometria da ferramenta.

Verificar o meio de resfriamento

Óleo que está no tanque há anos resfria mais lentamente do que o grau necessita, e um resfriamento ao ar parado em uma seção pesada resfria de forma desigual. Manter os meios de resfriamento líquidos agitados e frios, e usar um sopro de ventilador em seções grandes de têmpera ao ar. Uma peça que apresenta leitura baixa no núcleo mas alta no canto geralmente é um problema de resfriamento.

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Fontes: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed, Hanser Gardner), lista de solução de problemas do capítulo 8, ela própria baseada em dados e folhetos de tratamento térmico da Bethlehem Steel. Dados de referência apenas para comparação. Confirme o ciclo com o seu tratador térmico e com a ficha de dados da usina antes da produção. A Aobo Steel fornece aço para ferramentas no estado recozido, e o endurecimento permanece sendo o tratamento térmico do cliente.