Fornalhas de têmpera para aços-ferramenta e temperaturas de trabalho de banhos de sal
Um aço ferramenta é tão bom quanto o ciclo de forno que o tempera, e a escolha entre um banho de sal, um vacuum furnace e um forno de atmosfera controlada decide quanta distorção, descarbonetação e limpeza uma ferramentaria tem de suportar depois. As tabelas abaixo são a linha de banho de sal dessa escolha. Elas apresentam seis misturas de sais por composição, ponto de fusão e faixa de temperatura de trabalho recomendada, agrupadas pela função que o banho desempenha no ciclo, para que uma oficina possa associar uma mistura ao estágio de pré-aquecimento, austenitização ou têmpera para o qual a está comprando. Este é um resumo de referência da prática publicada e não uma especificação nossa.
O que um banho de sal faz que uma atmosfera de fornalha não consegue
In a salt bath the work is immersed in molten salt and heat reaches it by conduction, with the salt acting as a ready reservoir rather than as a radiating wall. The core of a tool then rises in temperature at roughly the same rate as its surface, which is the property the other furnace types cannot match, because convection and radiation heating cannot supply heat as fast as the whole tool absorbs it. The source gives the practical size of that difference, a 25 mm (1 in.) bar reaching temperature equilibrium in 4 min in a salt bath against 20 to 30 min in a convection or radiation furnace.
Three consequences follow and they are the reasons a salt bath is still the standard route for high speed steel tools. Distortion and residual stress are lower because the temperature is uniform and there is no thermal shock from a cold atmosphere. The surface comes out clean, free of carburisation, decarburisation and scale, which matters most for tools that cannot be ground after hardening or that need sharp edges. And the bath puts almost all of the power it draws into the work, about 93 to 97 per cent of the electricity consumed going directly into heating.
Misturas de sal pela função que desempenham no ciclo
Sais de austenitização, o banho de alta temperatura
O banho de alta temperatura é o próprio estágio de austenitização e estas são as duas misturas de cloreto de bário que o executam. A mistura 1 é o banho direto de 98 a 100 por cento de cloreto de bário, o mais quente dos seis e o usado onde o topo da faixa de 1300 °C é necessário. A mistura 2 adiciona 10 a 20 por cento de cloreto de sódio, o que reduz o ponto de fusão em 80 °C e amplia a faixa útil para baixo até 930 °C, cobrindo assim as temperaturas de têmpera dos graus de trabalho a quente e de aço rápido sem ir ao topo da faixa.
| Mistura de sal nº | BaCl2, % | NaCl, % | KCl, % | CaCl2, % | NaNO3, % | KNO3, % | Ponto de fusão, °C | Ponto de fusão, °F | Faixa de trabalho, °C | Faixa de trabalho, °F |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 98-100 | … | … | … | … | … | 950 | 1742 | 1035-1300 | 1895-2370 |
| 2 | 80-90 | 10-20 | … | … | … | … | 870 | 1598 | 930-1300 | 1705-2370 |
Fonte: Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss), Tabela 6-1, Composições típicas e faixas de temperatura de trabalho recomendadas de misturas de sal usadas no tratamento térmico de aços-ferramenta, página impressa 106. Os três pontos são impressos pela fonte onde uma mistura não contém nenhum desse constituinte. Este é um resumo de referência de prática publicada e não uma especificação da Aobo Steel.
Sais de pré-aquecimento
Um banho de pré-aquecimento faz dois trabalhos ao mesmo tempo. Ele retira o choque térmico do passo até a temperatura de austenitização e encurta o tempo que a ferramenta tem de permanecer na alta temperatura, que é o que limita o crescimento de grão e a descarbonetação na entrada. A mistura 3 é o banho mais barato de 70 por cento de cloreto de bário e 30 por cento de cloreto de sódio e a mistura 4 introduz 25 por cento de cloreto de potássio para um ponto de fusão mais baixo e uma faixa de trabalho mais baixa.
| Mistura de sal nº | BaCl2, % | NaCl, % | KCl, % | CaCl2, % | NaNO3, % | KNO3, % | Ponto de fusão, °C | Ponto de fusão, °F | Faixa de trabalho, °C | Faixa de trabalho, °F |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 | 70 | 30 | … | … | … | … | 335 | 635 | 700-1035 | 1290-1895 |
| 4 | 55 | 20 | 25 | … | … | … | 550 | 1022 | 590-925 | 1095-1700 |
Fonte: Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss), Tabela 6-1, página impressa 106. A mistura 3 é impressa com um ponto de fusão de 335 °C, abaixo do ponto de fusão de qualquer um de seus dois constituintes; o valor é reproduzido como a fonte o imprime em vez de corrigido. Este é um resumo de referência de prática publicada e não uma especificação da Aobo Steel.
Sais de têmpera e revenimento
O banho de têmpera equaliza a temperatura na descida e deixa a superfície limpa que os estágios anteriores produziram, e um banho de nitrato desse tipo também serve ao estágio de revenimento, onde um sal a 500 a 675 °C faz o mesmo trabalho que uma fornalha de revenimento com um controle mais rígido sobre a peça. A mistura 5 é o tipo cloreto no topo dessa faixa e a mistura 6 é o tipo nitrato, o de menor ponto de fusão dos seis e o único construído inteiramente de nitrato de sódio e potássio.
| Mistura de sal nº | BaCl2, % | NaCl, % | KCl, % | CaCl2, % | NaNO3, % | KNO3, % | Ponto de fusão, °C | Ponto de fusão, °F | Faixa de trabalho, °C | Faixa de trabalho, °F |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 30 | 20 | … | 50 | … | … | 450 | 842 | 500-675 | 930-1250 |
| 6 | … | … | … | … | 55-80 | 20-45 | 250 | 482 | 285-575 | 545-1065 |
Fonte: Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss), Tabela 6-1, página impressa 106. Os três pontos são impressos pela fonte onde uma mistura não contém nenhum desse constituinte. Este é um resumo de referência de prática publicada e não uma especificação da Aobo Steel.
Como ler o ponto de fusão em relação à faixa de trabalho
Os dois pares de colunas à direita são a parte prática da tabela, e devem ser lidos como um par. O ponto de fusão é o piso do banho, a temperatura na qual o sal é líquido; a faixa de trabalho é a banda que a fonte recomenda para o tratamento térmico nele. A diferença entre eles é a margem de segurança contra congelar o banho com uma carga fria ou uma parede de fornalha fria, razão pela qual os banhos de pré-aquecimento e têmpera têm uma faixa de trabalho bem acima de seu ponto de fusão e os banhos de austenitização, operados quentes e continuamente, começam mais próximos do seu.
Leia o grupo cloreto e o grupo nitrato separadamente. Todas as quatro misturas de cloreto são baseadas em cloreto de bário e operam em alta temperatura, e as adições de cloreto de sódio e cloreto de potássio servem para deslocar o ponto de fusão, que é a única coisa que uma oficina pode ajustar sem mudar o equipamento. As duas misturas de nitrato ficam na outra extremidade da escala e são usadas onde a temperatura de trabalho é inferior a 700 °C e o banho tem de permanecer fluido e limpo ao redor de uma peça acabada em vez de temperá-la.
Dados de referência relacionados
Os graus que mais frequentemente passam por esses banhos são descritos com suas formas e condições de entrega em Aço ferramenta M2, Aço ferramenta H13 e Aço ferramenta D2. Os parâmetros de têmpera e revenimento que um banho de sal deve fornecer para toda a faixa AISI estão tabelados em tabela de têmpera e revenimento de aço para ferramentas, as temperaturas nas quais cada grau é mantido estão reunidas em faixas de temperatura de tratamento térmico de aços-ferramenta, e os tratamentos superficiais aplicados após a têmpera são descritos em Tratamento superficial de aço para ferramentas.
Compilado de Tool Steels (G. A. Roberts e G. Krauss), Tabela 6-1, Composições típicas e faixas de temperatura de trabalho recomendadas de misturas de sal usadas no tratamento térmico de aços-ferramenta, na página impressa 106, o capítulo sobre aspectos práticos do tratamento térmico de aços-ferramenta. A tabela é reproduzida como publicada e é um resumo de referência e não uma especificação da Aobo Steel, portanto trate-a como a prática de um livro-texto de metalurgia e não como uma receita para uma fornalha específica.