Qualidade do tarugo que se manifesta na matriz
A maior parte do que uma ferramentaria é chamada a corrigir começa no tarugo. A camada de segregação, o teor de gás, as inclusões de óxido e o estado do Mg2Si chegam à matriz antes de o primeiro canal ser usinado, e cada um deles tem uma assinatura: uma estria que só aparece após a anodização, uma bolha que só aparece após o envelhecimento, um agarramento que nenhum polimento remove. Esta página apresenta as propriedades do tarugo que a fonte considera decisivas, os números que uma fundição consegue efetivamente manter e o que cada uma faz na prensa.
Por que a qualidade do tarugo é uma variável de prensa, e não um detalhe de compra
A posição publicada é direta: a qualidade do tarugo é de primordial importância para a produtividade, e o lugar para observá-la é a superfície de seções grandes e finas. Um tarugo limpo é extrudado mais rápido e sai com melhor superfície, porque o mesmo fluxo de metal que produz a forma é também o que arrasta a camada superficial, as inclusões e o gás para o produto. Melhorar o tarugo é, portanto, uma das poucas mudanças que elevam velocidade e qualidade ao mesmo tempo, em vez de trocar uma pela outra.
As propriedades, os números e o defeito que cada uma origina
| Propriedade | Valor indicado pela fonte | O que faz na prensa |
|---|---|---|
| Camada de segregação inversa | 120 a 150 µm com lingotamento DC convencional; 50 µm ou menos com lingotamento hot top | Uma pele rica em peritético que flui para a superfície e aparece como estria após a anodização |
| Zona de casca | Até 15 mm de profundidade | Alimenta preferencialmente as partes mais largas da seção, gerando uma faixa que sofre ataque e anodização de forma diferente |
| Teor de gás | Abaixo de 0,12 cm³ por 100 litros de alumínio, medido com analisador Telegas | Porosidade por hidrogênio; bolhas que se abrem durante o tratamento de solubilização, piores nas ligas 7xxx e em seções finas |
| Inclusões de óxido | Removidas com filtros cerâmicos de tubo radiante na calha | Agarramento e iniciação de linha de matriz; a partícula dura que entalha a entrada do canal |
| Estado do Mg2Si | Precipitados grosseiros se o tarugo resfriar lentamente a partir da temperatura de homogeneização | Uma camada subcutânea fraca que cisalha na matriz; o vazio deixado atrás inicia uma trinca superficial |
| Completude da homogeneização | Fase de ferro totalmente esferoidizada, não parcialmente | A esferoidização parcial é suficiente para aumentar o agarramento em condições que de outra forma passariam |
| Controle da temperatura do banho | Dentro de mais ou menos 5 °C, com agitador de banho | Uniformidade de composição ao longo do lingote, que decide se o último tarugo se comporta como o primeiro |
| Composição da carga | 50 a 60 por cento de sucata adicionada ao lingote virgem | Elementos-traço se acumulam; acima dos limites alteram a tensão de escoamento e o comportamento superficial |
Valores conforme publicados para a prática comercial de lingotamento. Os números de segregação referem-se às duas rotas de lingotamento citadas; o limite de gás é o ponto de controle recomendado pela fonte, não uma especificação universal.
A camada de segregação é um problema superficial com profundidade
Duas camadas diferentes estão envolvidas e se comportam de modo distinto. A zona de segregação superficial produzida nos primeiros instantes da solidificação é rasa: cerca de 100 µm em um bom tarugo de 180 mm, até cerca de 1 mm em um tarugo ruim, e mais onde há cold shuts ou blebs. Por ser rasa, o fluxo normal de extrusão a mantém fora do produto em um bom tarugo. A zona de casca é a outra, e atinge até 15 mm de profundidade, razão pela qual não pode ser ignorada: é espessa o suficiente para ser alimentada na superfície onde a seção é larga e o fluxo para essa região é rápido.
A consequência prática é que as estrias de segregação não são um problema de matriz nem de anodização. São um problema de lingotamento e de decapagem, e a rota hot top reduz a camada de segregação inversa em mais da metade em relação ao lingotamento DC convencional. Uma empresa que compra tarugo em vez de lingotá-lo tem uma alavanca aqui: decapar o tarugo, ou comprá-lo decapado.
O gás é um problema de tratamento térmico que começa no banho
O hidrogênio é o único gás apreciavelmente solúvel no alumínio, e entra durante a fusão, o lingotamento, a limpeza e a decapagem. Ele precipita nas inclusões e nos contornos de grão como hidrogênio molecular, que não consegue difundir de volta para fora, e se expande durante o tratamento de solubilização. É por isso que um tarugo que extrusa limpo ainda pode produzir bolhas após o envelhecimento, e por que o defeito é pior em seções finas e nas ligas com maior teor de magnésio.
A desgaseificação é, portanto, uma especificação do tarugo, não uma cortesia da fundição. O ponto de controle publicado é abaixo de 0,12 cm³ por 100 litros de alumínio, medido na calha ou no distribuidor antes e depois do tratamento do banho.
O que isso muda para a matriz
Três dos defeitos acima acabam sendo atribuídos à matriz, e nenhum deles responde ao aço da matriz. Um agarramento que persiste em uma matriz recém-polida e recém-nitretada geralmente é causado por inclusões. Uma linha de matriz que retorna após o polimento pode ser o entalhe deixado por uma partícula dura na entrada do canal. E uma superfície que rasga a uma temperatura dentro da janela publicada costuma ser uma camada subcutânea cheia de Mg2Si grosseiro, que cisalha antes da matriz.
É também por isso que um aço mais limpo não resolve tudo. Se o lingote é a origem do defeito, mudar a classe desloca o custo sem alterar o perfil. A página sobre pick-up e linhas de estiramento explica como distinguir esses casos na prensa.
O que isso significa para um pedido de aço para matrizes
Nada disso reduz o que a matriz tem de suportar. Ela suporta melhor quando o lingote está limpo, e o aço ainda precisa manter a dureza na zona de apoio e receber uma camada nitretada. O programa 1.2344 ESR para ferramentas de extrusão está em página de fornecimento de extrusão 1.2344 ESR H13, o grau em página do aço ferramenta H13, e a camada no página de nitretação de aço ferramenta. Os defeitos explicados nesta página são descritos na prensa em página de linhas de pick-up e de molde, a janela de temperatura em página de temperatura de extrusão, e a zona de apoio que sofre o dano em página de comprimento de apoio da matriz.
Antes de incluir isso em uma especificação de lingote
São valores publicados da prática comercial, e vários são pontos de controle e não limites de aceitação. O teor de gás, as profundidades de segregação e a taxa de carga dependem todos da rota de lingotamento, da liga e da fundição. Use-os para fazer a pergunta certa a um fornecedor de lingote e confirme os limites reais no certificado entregue e na primeira peça.
Fonte: Extrusion of Aluminium Alloys, T. Sheppard, Kluwer Academic Publishers, 1999, seções 6.4, 6.7 e 7.9.2.