Tratamento térmico automatizado de aços-ferramenta
O tratamento térmico de produção de aço-ferramenta é feito em linhas automatizadas de banho de sal, em vez de uma ferramenta por vez. A linha transporta as peças pelo pré-aquecimento, alto aquecimento e têmpera em um ciclo fixo, e o tempo de ciclo é definido pela peça de trabalho, não pelo operador. Esta página apresenta a sequência de etapas com suas temperaturas de operação e os tempos de ciclo publicados para brocas helicoidais e outras ferramentas.
Como uma linha automatizada de aço-ferramenta é organizada
A descrição publicada de uma linha de produção de aço-ferramenta tem as peças suspensas em dispositivos tipo tenaz e transportadas pelo processo por um transportador de corrente sobre barras transportadoras. Braços de transferência rotativos ficam entre as unidades de pré-aquecimento e alto aquecimento e entre as unidades de alto aquecimento e têmpera. A posição do braço de transferência é determinada principalmente pela taxa de produção, mas um braço é sempre necessário entre o alto aquecimento e a têmpera, porque a parte metalúrgica do ciclo depende de a transferência ser rápida.
As linhas também têm áreas livres acima dos fornos para que as ferramentas possam ser resfriadas ao ar no local. Elas são equipadas para ciclos que variam de menos de um minuto a dez minutos. Onde o volume justifica, uma estação para têmpera isotérmica em nitrato é adicionada após a têmpera em sal neutro. Essa etapa extra reduz rapidamente a temperatura das ferramentas e diminui o tempo de resfriamento ao ar de 24 vezes o tempo na temperatura de alto aquecimento para 6 vezes.
Etapas do processo e temperaturas de operação
As etapas ocorrem em ordem fixa, do primeiro pré-aquecimento ao enxágue. Cada uma tem sua própria faixa de temperatura de trabalho, e a faixa se amplia ou se estreita conforme o grau e a seção sendo tratada. A coluna de tempo é escrita como um múltiplo do tempo na temperatura de alto aquecimento, em vez de em minutos, porque esse tempo base depende da peça de trabalho e é definido pela segunda tabela abaixo.
| Etapa do processo | Temperatura de operação, °C | Temperatura de operação, °F | Tempo total no forno |
|---|---|---|---|
| Primeiro pré-aquecimento | 650-870 | 1200-1600 | X |
| Segundo pré-aquecimento | 760-1040 | 1400-1900 | X |
| Alto aquecimento | 1010-1290 | 1850-2350 | X |
| Têmpera isotérmica | 540-705 | 1000-1300 | X |
| Resfriamento ao ar | Temperatura ambiente | Temperatura ambiente | 6X, 12X ou 24X |
| Lavagem, água quente | 80-95 | 180-200 | 6X |
| Enxágue, água quente | 80-95 | 180-200 | X |
Tempos e temperaturas relativos do processo para uma linha automatizada de tratamento térmico de aço-ferramenta. A coluna de tempo é expressa como um múltiplo do tempo na temperatura de alto aquecimento, que é definido pela peça e listado na tabela abaixo, então um X é um múltiplo desse tempo. Fonte: Tabela 2 de Automatic Heat Treating of Tool Steels, no ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating.
Tempos de ciclo para brocas helicoidais e outras ferramentas
Os tempos publicados para brocas helicoidais são dados ao segundo e agrupados por diâmetro, para que a oficina possa ler o tempo de alto aquecimento diretamente pelo diâmetro. Copos e fresas de topo são tratados como peças únicas em tempos fixos. Esses são os tempos na temperatura de alto aquecimento, e são o X na tabela de etapas acima.
| Peça de trabalho | Tempo em alto aquecimento |
|---|---|
| Brocas helicoidais de 2,54-4,78 mm (0,100-0,188 pol.) | 1 min 30 s |
| Brocas helicoidais de 4,80-8,08 mm (0,189-0,318 pol.) | 1 min 40 s |
| Brocas helicoidais de 8,10-12,90 mm (0,319-0,508 pol.) | 1 min 50 s |
| Brocas helicoidais de 12,93-18,24 mm (0,509-0,718 pol.) | 2 min 0 s |
| Brocas helicoidais de 18,26-23,32 mm (0,719-0,918 pol.) | 2 min 20 s |
| Brocas helicoidais de 23,34-38,10 mm (0,919-1,500 pol.) | 2 min 40 s |
| Copos de 102 mm (4 pol.) de diâmetro | 6 min |
| Fresas de topo de 64 mm (2½ pol.) de diâmetro | 7 min |
| Fresas de topo de 76 mm (3 pol.) de diâmetro | 10 min |
Tempos de ciclo para brocas helicoidais e outras ferramentas na etapa de alto aquecimento. Os diâmetros são as faixas usadas pela fonte, e os tempos são os tempos programados na temperatura. Fonte: Tabela 3 de Automatic Heat Treating of Tool Steels, no ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating.
Para os menores diâmetros, a mesma fonte também registra o carregamento. Brocas de 2,54 mm (0,100 pol.) operam a 160 peças por tenaz, 480 peças no banho, o que é 1,2 kg (2,6 lb) de trabalho em uma única carga.
Por que a têmpera em nitrato é mantida longe do forno de alto aquecimento
A têmpera em nitrato e o forno de alto aquecimento são unidades separadas por um motivo declarado claramente na fonte. Se apenas 600 ppm de sais de nitrato entrarem no forno de alto aquecimento, danos extremos à superfície podem ser causados à ferramenta sendo tratada. O arranjo de transferência e as estações separadas existem para manter os dois banhos separados.
Os banhos de sal também precisam de retificação periódica, porque os sais austenitizantes neutros absorvem óxidos solúveis e metais dissolvidos durante o uso. Uma vez que o banho se torna oxidante e descarbonetante em relação ao aço, ele precisa ser retificado, e quanto maior a temperatura de operação, mais frequentemente. Banhos operados acima de 1080 °C (1975 °F) exigem retificação pelo menos uma vez por dia. Um teste de lima em um corpo de prova endurecido, ou uma análise mostrando mais de 0,5% de BaO, é a verificação comum de que um banho de alto aquecimento se desviou.
Quais graus operam nessas linhas
A faixa de alto aquecimento na tabela, 1010 a 1290 °C (1850 a 2350 °F), é a faixa dos aços rápidos, e brocas helicoidais, fresas de topo, machos, fresas de engrenagem e alargadores são as ferramentas que preenchem essas linhas. As brocas e fresas de topo na segunda tabela são tipicamente feitas de Aço rápido M2, o grau de molibdênio de uso geral usado para a maior parte das ferramentas de corte.
O ciclo completo para esses graus, do recozimento à austenitização, têmpera e múltiplos revenimentos, está descrito na página de detalhes do tratamento térmico de aço rápido, que traz as temperaturas e a resposta ao revenimento correspondentes aos tempos de alto aquecimento listados aqui.
Antes de usar esses valores
Esta página é um resumo de referência da prática publicada e não é uma especificação da Aobo Steel. As etapas e tempos são os valores publicados para as ferramentas citadas, e uma linha, carga de dispositivo ou tamanho de seção diferentes irão alterá-los. Os parâmetros finais do ciclo são definidos pelo tratador térmico.
Fonte: ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating, ASM International, 1991.