Trincas de Retificação e Queima de Retificação em Aço Ferramenta Endurecido

Como a retificação altera a superfície

Quase toda a energia usada na retificação é convertida em calor, parte por atrito e parte por deformação do material. Se um rebolo correto foi escolhido, a maior parte do calor é levada pelos cavacos e apenas uma parte menor aquece a peça. A retificação incorreta de um aço ferramenta endurecido pode elevar a temperatura da superfície retificada acima da temperatura de revenimento do material, e a dureza da superfície cai. A ferramenta então apresenta desempenho ruim em serviço, embora o restante esteja íntegro. Se a temperatura subir mais, atinge a temperatura de têmpera do aço, e a superfície é reendurecida.

O reendurecimento é o mais sério dos dois resultados. O aço na camada afetada foi austenitizado e então temperado pela massa fria da ferramenta atrás dele, então a camada termina como uma mistura de martensita não revenida e martensita revenida junto com austenita retida. A martensita não revenida é dura e frágil, e nos graus de alto carbono para trabalho a frio e de alta velocidade é o produto mais frágil que o aço pode formar. A camada também carrega microtrincas próprias, e estas atuam como concentradores de tensão no momento em que a ferramenta entra em trabalho.

A camada branca e a zona sob ela

Após preparação metalográfica e ataque químico, a camada reendurecida aparece branca ao microscópio óptico, porque a martensita não revenida resiste ao reagente mais do que a martensita revenida. A mesma aparência é produzida pela camada refundida deixada pela usinagem por descarga elétrica, e as duas são danos diferentes com correções diferentes. O perfil de dureza através da superfície é o que as separa, e também mostra por que a superfície retificada se comporta mal. A superfície em si é dura, porque é martensita não revenida. Imediatamente abaixo dela está uma zona sobre-revenida, onde o calor da retificação foi suficiente para revenir mais o aço mas não para reendurecê-lo, e ali a dureza está abaixo da dureza do corpo da ferramenta.

As três zonas produzidas quando uma ferramenta endurecida é retificada com calor excessivo. A camada branca e a faixa sobre-revenida sob ela estão frequentemente presentes na mesma ferramenta, razão pela qual uma leitura de dureza feita na superfície pode parecer aceitável enquanto a ferramenta falha pela zona abaixo dela.

Por que as trincas de retificação se formam e por que são difíceis de ver

A maioria das operações de retificação deixa tensões residuais na superfície retificada, e as tensões geralmente são máximas próximas à superfície. O primeiro e mais comum efeito dessas tensões é a trinca. Em seções finas, as mesmas tensões podem deformar a peça permanentemente, e a austenita retida na camada reendurecida contribui para o movimento. As trincas de retificação geralmente não são tão óbvias quanto os exemplos impressos em livros didáticos. Na maioria dos casos, a peça precisa ser examinada ao microscópio, ou com ensaio por partículas magnéticas, antes que as trincas possam ser vistas, e uma ferramenta pode passar em uma inspeção visual e ainda estar trincada.

O aviso visível é a marca de queima. A retificação incorreta que modificou a camada superficial geralmente se manifesta como uma descoloração da superfície retificada. Uma marca de queima significa que a temperatura da superfície ultrapassou a faixa de revenimento, e é o ponto em que a ferramenta deve ser examinada antes de entrar em serviço.

As três condições em que uma superfície retificada pode estar. Uma aparência limpa não libera a peça, porque as trincas que encerram a vida da ferramenta geralmente estão abaixo da resolução do olho desarmado.

Quais graus apresentam o maior risco

Os aços temperáveis são mais propensos a trincas de retificação do que os aços de baixo carbono e baixa liga, e dentro dos aços-ferramenta o risco concentra-se nos graus mais duros após a têmpera. Os aços-ferramenta para trabalho a frio e os aços rápidos são os mais sensíveis de todos, porque a martensita temperada é muito dura e sua tenacidade é baixa. O teor de carbono é a propriedade que determina quão frágil se torna a camada reendurecida. A dureza da martensita aumenta rapidamente com o carbono, de modo que os graus de alto carbono para trabalho a frio formam uma camada que é tanto mais dura quanto mais frágil do que qualquer coisa que um aço-ferramenta de menor carbono possa produzir.

Duas falhas na fonte mostram o padrão. Uma matriz de corte S1 trincou e lascou após a retificação, e em uma matriz D2 a trinca foi auxiliada por retificação incorreta juntamente com uma fileira de furos próximos. A mesma classe de camada superficial frágil, formada por eletroerosão em vez de pelo rebolo, trincou uma matriz de estampagem A2 em serviço depois de ter produzido vinte mil peças.

Risco de dano por retificação entre os grupos de aços-ferramenta. O teor de carbono é retirado das composições típicas listadas pela fonte, e a sensibilidade que ela relata para as famílias de trabalho a frio e rápida define a faixa superior. Os grupos de menor carbono são os que a fonte não destaca como sensíveis.

Três maneiras de reduzir o dano por retificação

A primeira é controlar o calor. Bom resfriamento e rebolos corretamente dressados que cortam o material com arestas de corte afiadas, em vez de esfregar e gerar calor por atrito, mantêm a temperatura da superfície retificada baixa. A segunda é o alívio de tensões após a retificação. Um tratamento de revenimento a cerca de 30 °C abaixo da temperatura de revenimento anterior alivia as tensões de retificação e também revene qualquer martensita não revenida que a retificação formou, e porque permanece abaixo da temperatura de revenimento original não reduz a dureza da peça. A terceira é tamborear ou jatear as peças retificadas, o que reduz mecanicamente a tensão superficial.

Todas as três têm um limite. Se o dano térmico for alto o suficiente para que trincas já tenham se formado, o alívio de tensões não ajuda, e a camada danificada precisa ser removida.

Os três remédios dados pela fonte, com a condição sob a qual cada um deixa de ser eficaz.

A ligação de volta ao revenimento

Trincas de retificação são muito mais prováveis quando a ferramenta não foi revenida adequadamente desde o início. Um estudo de um comando de válvulas desgastado na fonte mediu uma camada superficial cuja dureza era próxima da condição como temperada, e registra essa condição como deletéria porque superfícies trabalhadas com essa estrutura são mais propensas a trincas de retificação. A superfície de uma ferramenta que nunca foi revenida adequadamente já está frágil antes de o rebolo tocá-la, e as tensões de retificação são suficientes para completar o processo.

A regra que se segue é revenir completamente, e revenir duas vezes. Nenhuma operação deve ser realizada com o aço na condição como temperada, e o tempo na temperatura de revenimento importa tanto quanto a própria temperatura.

Onde isso deixa uma consulta sobre aço ferramenta

Quão difícil é retificar um grau, e o rebolo adequado a cada grupo, está na página de retificabilidade de aço ferramenta e seleção de rebolo. A mesma camada frágil produzida por uma faísca é trabalhada na página de camada branca de EDM. Trincas que se abriram durante a têmpera em vez de no rebolo estão na página de trincas de têmpera, e o tempo que uma seção precisa para atingir a temperatura de revenimento está na página de tempo de revenimento. O método de inspeção que encontra trincas de retificação está na página de inspeção por partículas magnéticas, e o conjunto mais amplo de causas de falha está na Página de análise de falhas de ferramentas e matrizes.

Fonte, Failure Analysis of Heat Treated Steel Components (L. C. F. Canale, R. A. Mesquita e G. E. Totten), ASM International, 2008.