Camada branca e zona afetada pelo calor na eletroerosão em aço ferramenta temperado

A usinagem por eletroerosão (EDM) remove material eletricamente condutor por meio de descargas elétricas repetidas entre um eletrodo e a peça de trabalho, ambos submersos em um fluido dielétrico. O eletrodo nunca toca o aço, portanto o processo não gera força de corte mecânica. Isso torna a EDM a escolha prática para cavidades complexas, ranhuras estreitas e profundas e geometrias internas que as ferramentas convencionais não conseguem alcançar.

Para usinagem de ferramentas e matrizes, a vantagem é clara. A eletroerosão (EDM) corta aço ferramenta totalmente temperado a 60 HRC ou mais, permitindo que a matriz seja usinada após o tratamento térmico, em vez de antes. O corte de um blank temperado evita a distorção, a alteração dimensional e o empenamento que o revenimento e a têmpera introduzem quando uma peça acabada é endurecida. A desvantagem é metalúrgica. A EDM é um processo térmico que funde e vaporiza o aço no corte, deixando uma superfície alterada que falhará prematuramente se não for tratada.

Por que a superfície usinada por eletroerosão precisa de atenção?

Cada faísca derrete um pequeno volume de aço enquanto o fluido dielétrico circundante o resfria quase instantaneamente. A combinação de calor local intenso e resfriamento rápido cria três camadas distintas na superfície usinada. Compreender a composição de cada camada e seu grau de dureza ou fragilidade é o primeiro passo para prolongar a vida útil da ferramenta.

A Camada Branca, ou Camada Refundida

A camada mais externa é composta de metal fundido que se ressolidificou na superfície em vez de ser removido pelo dielétrico. Quando gravada e observada ao microscópio, apresenta-se branca devido à sua alta resistência à corrosão, o que explica o seu nome. Trata-se de uma estrutura como fundida, extremamente frágil e frequentemente com dureza superior a 65-70 HRC. A elevada tensão residual de tração e o resfriamento rápido deixam-na repleta de microfissuras. Dependendo da energia da faísca utilizada durante o corte, a sua espessura varia aproximadamente de 0,0002 a 0,005 polegadas (0,005 a 0,127 mm).

A Zona Reendurecida

Logo abaixo da camada branca, o calor foi suficientemente alto para reaustenitizar o aço, que então sofreu têmpera, transformando-se em martensita fresca e não revenida. Essa zona também é muito dura, em torno de 65 HRC em aços de alto carbono, e extremamente quebradiça. Ela carece da tenacidade necessária para aplicações exigentes em ferramentas.

A Zona Supertemperada

Abaixo da camada reendurecida, o aço é submetido a uma faixa de calor inferior que age como um ciclo de revenimento não intencional na estrutura já endurecida. O resultado é uma subsuperfície amolecida que pode cair para 46-48 HRC antes de retornar à dureza do núcleo do metal base.

Como os danos causados pela eletroerosão reduzem a vida útil da ferramenta

Colocar uma ferramenta usinada por eletroerosão em serviço sem pós-processamento compromete seu desempenho desde o primeiro ciclo. A martensita não revenida é frágil e a camada branca já apresenta microfissuras. Juntas, elas atuam como severos fatores de tensão. Sob carga, pressão ou impacto, essas fissuras se propagam para o núcleo e causam falhas prematuras, que podem se manifestar como lascamento, desprendimento de partículas, fissuras térmicas ou até mesmo uma fissura completa na ferramenta.

Os números que comprovam isso são significativos. Foi demonstrado que o desbaste por eletroerosão (EDM) pesado ou abusivo reduz a resistência à fadiga, o limite de resistência, em até 63%, e a ductilidade em até 80%. A causa é a mesma em ambos os casos: defeitos superficiais e tensões residuais de tração introduzidas pelas faíscas.

Melhores práticas para aço ferramenta usinado por eletroerosão

Os danos são controláveis. As etapas abaixo, aplicadas de forma consistente, mantêm a zona afetada pelo calor superficial e restauram as propriedades necessárias para o funcionamento da ferramenta.

Comece pelos parâmetros de usinagem. Use cortes de desbaste pesados para remover a maior parte do material e, em seguida, execute várias passagens de acabamento de baixa potência e alta frequência. A geração de faíscas finas remove os danos térmicos profundos deixados pelo desbaste e mantém a camada branca final e a zona reendurecida a uma profundidade muito rasa, inferior a cerca de 0,025 mm (0,001 polegadas).

Para ferramentas altamente exigidas, matrizes de extrusão de alta pressão, Para remover componentes estruturais críticos, é necessário eliminar completamente a camada branca. Isso é feito mecanicamente, por meio de lapidação, brunimento, polimento ou retificação leve, de modo que a superfície refundida e frágil seja removida antes mesmo que a ferramenta seja submetida a carga.

Em seguida, faça o revenimento da ferramenta novamente. Um revenimento para alívio de tensões pós-EDM é obrigatório para qualquer aço ferramenta temperado que tenha sido submetido a EDM, e é melhor realizado após a remoção da camada branca. O revenimento converte a martensita frágil e não revenida na subsuperfície em martensita revenida mais resistente e alivia a tensão residual de tração introduzida pelas faíscas. Para proteger a dureza do núcleo, realize este revenimento de 15 °C a 25 °C abaixo da temperatura de revenimento final usada no tratamento térmico original da ferramenta.

Em aplicações onde a vida útil à fadiga é crítica, considere o jateamento com esferas. Como a eletroerosão deixa tensões de tração desfavoráveis na superfície, o jateamento com esferas representa uma etapa final útil. Ele induz uma camada de tensão compressiva que neutraliza a tensão de tração e restaura grande parte da vida útil à fadiga perdida durante a usinagem.

O material ainda importa.

O pós-processamento protege uma ferramenta, mas tudo começa com um aço que foi corretamente temperado e revenido desde o início. A consistência química e uma base sólida são essenciais. tratamento térmico Determinar como a superfície responde à eletroerosão e quão previsível será o revenido de alívio de tensões. A Aobo Steel fornece aços-ferramenta para eletroerosão, incluindo D2, H13, e outros trabalho a frio e trabalho a quente graus, com controle de qualidade que garante dureza e estrutura consistentes de bloco para bloco. Entre em contato conosco em [email protected] Para discutir as especificações e os níveis de qualidade das suas ferramentas.