Aço Maraging para Núcleos de Fundição sob Pressão

Por que um aço maraging em vez de um aço para trabalho a quente

Um núcleo de fundição sob pressão fica no fluxo de metal e sofre o mesmo ciclo térmico que a cavidade, apenas com menos massa para dissipar o calor. Onde um aço para trabalho a quente amolece, um núcleo perde o ajuste que mantém o furo do núcleo fiel. Os aços maraging respondem a isso com uma combinação de alta resistência e tenacidade que resiste sob fadiga térmica severa. São aços de baixo carbono produzidos por fusão a vácuo a partir de materiais de alta qualidade, e contêm níquel, molibdênio e cobalto com adições menores, mas importantes, de titânio, alumínio e silício. Quatro composições estão em uso geral, classificadas por limite de escoamento e variando de 1400 a 2400 N por mm quadrado. Os graus são vendidos por vários fornecedores sob suas próprias designações, portanto a classe de limite de escoamento é a maneira confiável de compará-los.

Os quatro graus em uso geral

A composição de cada grau é próxima, e as diferenças são deliberadas. O titânio é o elemento que decide quanta resistência o envelhecimento traz e quanto a peça se move enquanto é tratada. O molibdênio e o cobalto carregam o restante da resposta. A tabela abaixo apresenta a química dos quatro graus conforme publicada na fonte.

Composição nominal dos quatro graus de aço maraging em uso geral para núcleos de fundição sob pressão, em porcentagem de peso. Manganês e silício são, na prática, 0,12 por cento no máximo, mas o total de manganês mais silício não deve exceder 0,2 por cento. O ferro equilibra a análise em todos os graus.

De barra recozida a núcleo envelhecido

O tratamento tem três estágios, e a ordem importa porque a peça é usinada entre os dois primeiros. O aço chega recozido e é facilmente usinável a cerca de 30 HRC. Após a usinagem inicial, é solubilizado e resfriado rápido o suficiente para que nenhum endurecimento por envelhecimento ocorra, o que o deixa macio o suficiente para os cortes finais. O envelhecimento vem por último, na forma acabada, de modo que a variação dimensional ocorre após o último corte ser dado.

A sequência de tratamento para um núcleo de aço maraging. A usinagem é feita antes do envelhecimento, de modo que a pequena variação dimensional do envelhecimento recai sobre a peça acabada e não sobre o material a ser cortado.

A variação dimensional que decide o sobremetal de usinagem

O endurecimento por envelhecimento não deixa a peça com a dimensão com que entrou. Esses aços encolhem durante o envelhecimento, e a quantidade depende do teor de titânio e da temperatura de envelhecimento. Os valores publicados para envelhecimento a 480 C são pequenos o suficiente para que a retração possa ser incluída no sobremetal de acabamento, mas não pode ser ignorada em um núcleo que precisa manter uma tolerância. Uma temperatura de envelhecimento mais alta moverá a peça mais, e a fonte observa que a diferença é função do teor de titânio.

Variação dimensional durante o endurecimento por envelhecimento de aços maraging a 480 C, e o teor de titânio que a determina.

Solda de reparo de um molde com material de adição maraging

Uma diferença prática entre um aço maraging e um aço para trabalho a quente aparece na bancada de soldagem. Um aço maraging é usado satisfatoriamente para o reparo por solda de aços para moldes e, ao contrário da soldagem com H13, não necessita de pré-aquecimento algum. Um molde frio é, de fato, desejado, para que a solda maraging resfrie rapidamente. O material de adição é então depositado em pequenas quantidades sucessivas como um material macio e dúctil, o que reduz a chance de formação de trincas de solda. Um envelhecimento a baixa temperatura após a usinagem também serve para revenir a zona reendurecida que se forma no aço para trabalho a quente ao lado da solda. As propriedades gerais do aço base do molde não são afetadas pela soldagem.

Onde o maraging funcionou e onde não funcionou

Aços maraging usados para machos e pequenos insertos de molde têm apresentado bom desempenho na fundição sob pressão de alumínio. Insertos grandes são a exceção. Em insertos grandes usados na fundição sob pressão de alumínio, a fonte registra desgaste anormal, causado pela alta temperatura superficial do molde atuando em conjunto com a erosão do alumínio. Leia isso em conjunto com o uso pretendido. Estes são materiais para machos e insertos pequenos, escolhidos pela tenacidade e precisão, e não são um substituto geral para um aço para trabalho a quente com 5 por cento de cromo em um molde inteiro.

Para onde ir em seguida

O aço para trabalho a quente que esses machos geralmente suportam é abordado na página do aço ferramenta H13, e os graus H13 vendidos para moldes na página do H11 e o página do H21. Qual grau vai em qual parte do molde e com qual dureza está descrito na página de materiais de componentes de moldes de fundição sob pressão, e a escolha de macho e inserto na página de seleção de machos e insertos. A forma como um molde realmente falha está na página de matrizes e insertos para fundição sob pressão e o página de trinca por fadiga térmica. A solda de reparo em toda a linha de aços para ferramentas é abordada na página de soldagem de ferramentas e moldes, e os metais fundidos que o molde tem de suportar na página de seleção de aço para moldes de fundição sob pressão. O tratamento térmico dos graus para trabalho a quente está na página de tratamento térmico para trabalho a quente, e o amolecimento que um molde sofre em serviço na página de amolecimento de molde H13.

Fonte, Die Casting Metallurgy, A. Kaye e A. Street, Butterworths Monographs in Materials, 1982, Capítulo 25, Pressure die casting dies.