I. Pré-tratamento
Antes do endurecimento, o alívio de tensões e o tratamento térmico preparatório para melhorar a estrutura da peça são muito benéficos para reduzir a deformação do endurecimento.
O pré-tratamento geralmente inclui recozimento de esferoidização e recozimento para alívio de tensão, e alguns também utilizam tratamentos de têmpera ou normalização.
1. Recozimento para alívio de tensões:
Durante o processo de usinagem mecânica, a superfície da peça irá gerar tensão residual sob a influência dos métodos de usinagem, consumo da ferramenta traseira, velocidade de corte, etc.
Devido à sua distribuição desigual, faz com que a peça de trabalho se deforme durante o endurecimento. Para eliminar a influência dessas tensões, é necessário recozer a peça uma vez antes do endurecimento para aliviar as tensões. A temperatura do recozimento para alívio de tensões é geralmente de 500-700 ℃.
Quando aquecido em meio de ar, para evitar a oxidação e descarbonetação da peça de trabalho, o recozimento pode ser feito a 500-550 ℃ e o tempo de retenção é geralmente de 2 a 3 horas.
Deve-se ter cuidado ao carregar o forno para evitar deformações causadas pelo peso próprio, e outras operações são iguais às operações gerais de recozimento.
2. Pré-tratamento com objetivo de melhorar a estrutura:
Este tipo de pré-tratamento inclui recozimento de esferoidização, têmpera e normalização, etc.
(1) Recozimento de esferoidização:
O recozimento por esferoidização é um processo indispensável no tratamento térmico de aço para ferramentas de carbono e aço para ferramentas de liga. A estrutura obtida após o recozimento esferoidizado influencia muito a tendência de deformação por endurecimento.
Portanto, a estrutura após o recozimento pode ser ajustada para reduzir a deformação regular do endurecimento de algumas peças de trabalho.
(2) Outros pré-tratamentos:
Existem muitos métodos de pré-tratamento usados para reduzir a deformação de endurecimento, como tratamento de têmpera, tratamento de normalização, etc.
A escolha da normalização, revenimento e outros pré-tratamentos corretos de acordo com as razões da deformação de endurecimento e os materiais usados na peça de trabalho é eficaz na redução da deformação de endurecimento.
Deve-se prestar atenção aos efeitos adversos da tensão residual e do aumento da dureza após a normalização na usinagem e, ao mesmo tempo, o tratamento de revenido pode reduzir a expansão durante o endurecimento do aço contendo W e Mn, mas não reduz significativamente a deformação do aço como GCr15.
Na produção real, é importante distinguir as causas da deformação por endurecimento, ou seja, esclarecer se a deformação por endurecimento é causada por tensão residual ou estrutura deficiente.
Só assim o tratamento pode ser direcionado. Se a deformação de endurecimento for causada por tensão residual, o recozimento para alívio de tensão deve ser realizado em vez de pré-tratamentos como revenimento que alteram a estrutura e vice-versa.
Só desta forma o objetivo de reduzir a deformação do endurecimento pode ser alcançado, e o custo pode ser reduzido e a qualidade garantida.
As operações específicas dos vários pré-tratamentos acima são as mesmas de outras operações correspondentes e não são elaboradas aqui.
II. Operação de tratamento térmico de têmpera
1. Temperatura de têmpera:
A temperatura de têmpera influencia muito a distorção da peça durante a têmpera. A tendência geral do seu impacto na distorção de extinção é mostrada na figura.
Com base na curva mostrada na figura, podemos reduzir a distorção ajustando a temperatura de têmpera ou selecionando e usando criteriosamente a tolerância de usinagem em conjunto com a temperatura de têmpera após os testes de tratamento térmico, reduzindo assim a tolerância de usinagem subsequente.
O impacto da temperatura de têmpera na distorção de têmpera está relacionado não apenas ao material utilizado na peça, mas também ao tamanho e formato da peça.
Mesmo quando as peças são feitas do mesmo material, suas tendências de distorção podem diferir bastante quando suas formas e tamanhos variam significativamente. Os operadores devem prestar atenção a isto na produção real.
2. Tempo de retenção de têmpera:
Além de garantir que a peça seja completamente aquecida e atinja a dureza necessária ou outras propriedades mecânicas após a têmpera, a seleção do tempo de retenção também deve considerar seu impacto na distorção da têmpera.
Prolongar o tempo de manutenção da têmpera, de fato, aumenta correspondentemente a temperatura da têmpera. Este impacto é particularmente proeminente para aços com alto teor de carbono e alto cromo.
3. Método de carregamento do forno:
Se a peça de trabalho for posicionada incorretamente durante o aquecimento, ela poderá deformar-se devido ao seu próprio peso, deformação causada pela compressão entre as peças de trabalho ou aquecimento e resfriamento irregulares devido ao empilhamento denso.
Por exemplo, um componente de mola foi pendurado verticalmente e aquecido em um forno com atmosfera protetora a 860±10°C por 30 minutos. Após a fixação, a peça foi temperada verticalmente em óleo de resfriamento.
Após a têmpera, o comprimento total da mola foi reduzido em 27 mm, e o passo na parte superior e inferior foi deformado de forma diferente devido à diferença de tempo na entrada do meio de têmpera.
Ao alterar o método para pendurar horizontalmente a mola em um eixo central no forno e manter todos os outros processos iguais, a distorção melhorou bastante após a têmpera – o passo foi uniforme e o encolhimento total do comprimento foi menor.
Especialmente para peças delgadas, não apenas elas não devem ser empilhadas densamente lateralmente no forno, mas também deve ser considerada a possibilidade de deformação causada pela laminação do meio de aquecimento no forno de banho de sal.
Ao carregar peças delgadas e leves, semelhantes a hastes, no forno de banho de sal, o forno é primeiro elevado a uma temperatura ligeiramente acima da temperatura de têmpera, a energia é cortada e, em seguida, a peça de trabalho é carregada no forno de banho de sal. A carga do forno deve ser constante e a peça de trabalho deve ser aquecida sem energia para reduzir sua distorção de têmpera.
4. Método de aquecimento:
Para peças com formatos complexos e variações significativas de espessura, principalmente quando seus materiais possuem alto teor de carbono e elementos de liga, o processo de aquecimento deve ser lento e uniforme, aproveitando integralmente o processo de pré-aquecimento.
Se um pré-aquecimento não for suficiente, utilize o pré-aquecimento secundário ou terciário. Para peças maiores que ainda se deformam com o pré-aquecimento, a proteção de caixa pode ser usada para aquecimento em um forno de resistência tipo caixa.
Além de limitar a velocidade de aumento da temperatura durante o aquecimento, o processo isotérmico pode ser aumentado para reduzir a distorção de têmpera causada por aquecimento muito rápido.
III. Operação de resfriamento
A deformação por têmpera resulta principalmente do processo de resfriamento. A escolha apropriada do meio de têmpera, habilidades operacionais proficientes e cada etapa do processo de resfriamento influenciam diretamente a deformação da peça de trabalho por têmpera.
1. Seleção Apropriada do Meio de Têmpera:
Para garantir que a dureza da peça atenda aos requisitos do projeto após a têmpera, um meio de têmpera mais suave deve ser usado tanto quanto possível durante a têmpera.
Por exemplo, usar um meio de banho aquecido para resfriamento (endireitar a peça enquanto ela ainda está quente durante o resfriamento usando um meio de banho aquecido) pode ser benéfico. Tanto quanto possível, a têmpera com resfriamento a ar ou um meio de têmpera com uma velocidade de resfriamento entre água e óleo deve ser usada em vez de um meio de têmpera duplo com água e óleo.
(1) Têmpera com resfriamento a ar:
A têmpera por resfriamento a ar é eficaz na redução da deformação por têmpera de aço rápido, aço para moldes de cromo e aço microdeformado resfriado a ar.
Para o aço 3Cr2W8V, que não requer alta dureza após a têmpera, a têmpera a ar também pode ser usada para reduzir a deformação, ajustando adequadamente a temperatura de têmpera.
(2) Têmpera por resfriamento de óleo:
O óleo é um meio de têmpera com uma velocidade de resfriamento muito mais lenta que a água. Entretanto, para peças com alta permeabilidade de têmpera e tamanho pequeno ou formato complexo, a velocidade de resfriamento do óleo ainda pode ser considerada muito alta.
Para peças maiores com baixa permeabilidade de têmpera, a velocidade de resfriamento do óleo pode não ser suficiente. Para resolver essas contradições e utilizar totalmente a têmpera a óleo para reduzir a deformação da têmpera da peça, foram adotadas medidas como ajustar a temperatura do óleo e aumentar a temperatura de têmpera.
(3) Alteração da temperatura do óleo de têmpera:
Existem vários problemas ao usar óleo de têmpera para reduzir a deformação da têmpera. Quando a temperatura do óleo está muito baixa, a deformação da têmpera ainda é alta, e quando a temperatura do óleo está muito alta, é difícil garantir a dureza da peça após a têmpera.
Para algumas peças de trabalho, o aumento da temperatura do óleo de têmpera pode, na verdade, aumentar a deformação devido aos efeitos combinados da forma e do material. Portanto, é essencial determinar a temperatura do óleo para têmpera com base nas condições reais do material da peça, tamanho da seção transversal e formato por meio de experimentação.
Durante a têmpera com óleo quente, para evitar incêndio causado por altas temperaturas do óleo devido ao resfriamento da têmpera, o equipamento de combate a incêndio necessário deve ser fornecido próximo ao tanque de óleo.
Além disso, a qualidade do óleo de têmpera deve ser verificada regularmente e deve ser reabastecido ou substituído em tempo hábil.
(4) Aumento da temperatura de têmpera:
Este método é adequado para peças de aço carbono de seção transversal pequena e peças de aço-liga ligeiramente maiores que não conseguem atingir a dureza necessária após têmpera em óleo em temperaturas normais de têmpera.
Aumentando adequadamente a temperatura de têmpera e depois a têmpera em óleo, tanto o endurecimento quanto a redução da deformação podem ser alcançados. Preste atenção para evitar problemas potenciais, como engrossamento do grão, propriedades mecânicas reduzidas e diminuição da vida útil da peça causada pelo aumento da temperatura de têmpera ao usar este método de têmpera.
(5) Têmpera Graduada, Isotérmica:
Quando a dureza pode atender aos requisitos do projeto, a têmpera isotérmica graduada do meio de banho aquecido deve ser totalmente utilizada para reduzir a deformação da têmpera.
Este método é igualmente eficaz para aço estrutural de carbono de baixa permeabilidade e pequena seção transversal e aço para ferramentas, especialmente para aço para moldes de cromo de alta permeabilidade e peças de aço de alta velocidade.
O método de resfriamento por têmpera isotérmica graduada é o método básico de têmpera para esses tipos de aço. Da mesma forma, este método também é eficaz para aço carbono e aço estrutural de baixa liga com requisitos de dureza mais baixos após a têmpera.
No processo de utilização da têmpera em banho quente, os seguintes pontos devem ser levados em consideração:
- Primeiro, durante a fase de banho de óleo e têmpera isotérmica, a temperatura do óleo deve ser rigorosamente controlada para evitar a ocorrência de incêndios.
- Em segundo lugar, ao usar têmpera graduada com nitrato, o tanque de nitrato deve ser equipado com os instrumentos e dispositivos de resfriamento de água necessários. Para outras precauções, consulte os materiais relevantes e não serão detalhados aqui.
- Terceiro, durante a têmpera isotérmica, é crucial controlar rigorosamente a temperatura isotérmica. Desvios muito altos ou baixos não conduzem à redução da deformação por têmpera. Além disso, o método de suspensão da peça durante a têmpera isotérmica deve ser cuidadosamente selecionado para evitar deformação causada pelo próprio peso da peça.
- Quarto, ao corrigir o formato da peça usando têmpera isotérmica ou graduada, o dispositivo deve estar totalmente equipado e os movimentos devem ser rápidos durante a operação para evitar quaisquer efeitos adversos na qualidade da têmpera da peça.
2. Operação de resfriamento:
A proficiência das operações durante o processo de resfriamento causa grande impacto na distorção resultante da têmpera, especialmente quando se utilizam meios de têmpera como água ou óleo, onde a proficiência operacional é ainda mais crucial.
(1) Direção Correta para Imersão no Meio de Têmpera:
Geralmente, peças de trabalho transversalmente simétricas e alongadas em forma de haste são imersas verticalmente no meio de têmpera, enquanto peças de trabalho assimétricas podem ser imersas diagonalmente.
A direção correta de imersão é aquela que permite o resfriamento uniforme de todas as partes da peça. As peças de resfriamento mais lento devem ser imersas primeiro no meio de têmpera, seguidas pelas peças de resfriamento mais rápido.
Na produção real, é importante prestar atenção ao impacto do formato da peça na velocidade de resfriamento. Uma área superficial maior da peça não significa necessariamente um resfriamento mais rápido, especialmente se o formato dessa peça for complexo.
O resfriamento irregular pode levar a velocidades de resfriamento mais lentas do que peças com áreas de superfície menores. Portanto, a direção de entrada no meio de têmpera deve ser determinada com base no formato específico da peça.
(2) Movimento da peça no meio de têmpera:
As peças de resfriamento mais lento devem se mover contra o fluxo da água. Peças simétricas devem se mover de forma simétrica e uniforme na água, com pequena amplitude de movimento e alta velocidade.
Peças de trabalho finas e alongadas devem ser estáveis quando imersas no meio de têmpera e não devem oscilar. Esses tipos de peças de trabalho são melhor temperados com um alicate em vez de amarrados com arame.
(3) Velocidade de imersão da peça no meio de têmpera:
A velocidade de imersão da peça no meio de têmpera deve ser rápida. Particularmente para peças tubulares alongadas, velocidades de imersão lentas podem levar a um aumento de flexão e distorção, e causar uma maior diferença na distorção entre as partes da peça tubular que são imersas primeiro e por último.
(4) Resfriamento com proteção adicional:
Peças de trabalho com diferenças significativas nas dimensões da seção transversal devem ter as peças de resfriamento mais rápido amarradas e protegidas com materiais como corda de amianto ou chapa metálica para reduzir a velocidade de resfriamento dessas peças, garantindo assim um resfriamento uniforme de todas as partes da peça de trabalho.
(5) Tempo de resfriamento da peça em água:
Para peças de trabalho distorcidas principalmente devido a tensões internas, o tempo de resfriamento em água pode ser reduzido. Por outro lado, para peças distorcidas principalmente devido ao estresse térmico, o tempo de resfriamento em água pode ser estendido adequadamente para reduzir a distorção após a têmpera.
