A descarbonetação em aço rápido pode reduzir drasticamente a qualidade do produto, causando falhas precoces, trincas de têmpera e redução da resistência à fadiga. Mas o que causa esse efeito prejudicial? Os contaminantes nos banhos de sal, a umidade do ar e os processos de aquecimento inadequados têm um papel importante. Ao compreender esses fatores e implementar medidas preventivas, como limpeza completa e controle preciso da temperatura, podemos aumentar significativamente a vida útil e o desempenho das ferramentas de aço. Mergulhe neste artigo para explorar estratégias eficazes para combater a descarbonetação e proteger seus investimentos em aço rápido.
A descarbonetação de peças de trabalho durante o aquecimento e a têmpera em banho de sal é inevitável por vários motivos.
Se a camada de descarbonetação for relativamente fina, o processo de retificação subsequente poderá removê-la completamente, sem causar problemas.
Entretanto, se a camada de descarbonetação não puder ser totalmente removida, a qualidade do produto se deteriorará significativamente.
A descarbonetação refere-se à redução do teor de carbono na superfície do aço durante o aquecimento ou à combustão de carbono com oxigênio para formar CO2 (C + O2 → CO2).
O processo de descarbonetação ocorre quando o carbono na superfície do aço reage com oxigênio, hidrogênio, etc. em altas temperaturas, levando a mudanças na composição da superfície e podendo afetar a qualidade do tratamento térmico.
Isso é mostrado principalmente nos seguintes aspectos.
A descarbonetação de uma peça de trabalho temperada pode reduzir a dureza de sua superfície e afetar negativamente sua vida útil.
Por exemplo, uma fresa de ranhura de parafuso feita de aço W18Cr4V com dimensões de φ40mm x 1mm, conforme mostrado na Fig. 1, demonstra os efeitos da descarbonetação durante o tratamento térmico. A microestrutura da superfície da ponta do dente exibe uma camada de descarbonetação cristalina branca com microdureza de 338HV, uma pequena quantidade de zona de transição de troostita preta com microdureza de 627HV e uma combinação de aço temperado normal e aço temperado com aço de alta qualidade. martensita e uma pequena quantidade de carboneto com uma microdureza de 825HV.
Observa-se que a camada de descarbonetação está distribuída ao longo do perfil do dente. Isso indica que a descarbonetação ocorreu durante o processo de tratamento térmico. O resultado é uma fresa que sofre desgaste precoce devido à sua baixa dureza.
Fig. 1 Têmpera e descarbonetação da fresa para canal de parafuso
A descarbonetação por resfriamento resulta em uma diferença na concentração de carbono entre as camadas interna e externa da peça de trabalho, levando a uma transformação desigual durante o processo de tratamento térmico e a taxas variáveis de expansão e contração de volume.
Isso, por sua vez, cria tensões estruturais e térmicas significativas, o que aumenta a probabilidade de formação de microfissuras em pontos de concentração de tensão na peça de trabalho.
A descarbonetação de peças de trabalho afeta significativamente sua resistência à fadigaparticularmente para ferramentas que são submetidas a tensões alternadas de forma recíproca. Essa sensibilidade à vida útil resulta em descascamento da superfície, fratura e outras formas de danos prematuros como as principais características da falha.
O uso de sal fundido temperado em altas temperaturas pode resultar em reações entre sulfatos, carbonatos e água, causando oxidação e descarbonetação em casos leves e corrosão por pite em casos graves.
Além disso, a superfície da peça de trabalho é processada usando sulfato de cobre para revestimento químico de cobre, conforme exigido pelo processo.
Se a camada superficial de revestimento de cobre for aquecida a altas temperaturas antes da remoção, isso também resultará em corrosão da superfície da peça de trabalho após a têmpera.
Para manter a limpeza do banho de sal e evitar a descarbonetação das peças temperadas, muitas fábricas adicionam um desoxidante adequado ao sal fundido. Entretanto, é importante observar que a construção inadequada pode levar à queima da peça de trabalho.
Como pode ser visto na Fig. 2, uma fresa de aço M2 com um diâmetro de 46 mm e uma espessura de 1 mm foi descartada devido à queima causada pelo desoxidante ferrossilício.
A estrutura metalográfica no ponto de queima foi identificada como ledeburita secundária, com um cinturão preto de troostita (uma área pobre em carbono) na junção com a estrutura normal, conforme ilustrado na Fig. 3.
Fig. 2 Aparência da fresa queimada
Fig. 3 Metalografia da fresa queimada
O efeito mais perceptível da descarbonetação é a diminuição da vida útil da ferramenta ou, em casos graves, a inutilização da mesma.
A seguir estão as principais causas de descarbonetação durante o resfriamento em banho de sal:
(1) Impurezas prejudiciais, como Na2SO4, BaSO4, Na2CO3, CaCO3e BaCO3presentes no banho de sal que promovem a descarbonização.
(2) O aumento da solubilidade da água no ar facilita a descarbonização.
(3) Ferrugem na peça de trabalho ou no dispositivo de têmpera.
(4) O processo de aquecimento no banho de sal aumenta o teor de óxido e o teor de oxigênio, o que contribui para a descarbonetação da peça de trabalho.
(5) O acúmulo de nitrato no gancho de têmpera ou a presença de sal de cloreto misturado com nitrato também aumentará o teor de oxigênio no banho de sal.
(6) Desoxidação inadequada do banho de sal ou remoção incompleta da escória.
(7) Envelhecimento do banho de sal e falha em substituí-lo em tempo hábil.
Há vários métodos para determinar se um banho de sal descarboniza. O método mais fácil é usar uma lima, mas requer muita experiência prática. Outros métodos incluem o teste da folha de aço, a análise química, o teste de dureza e a determinação da microestrutura. Aqui está uma breve visão geral de cada um deles.
Para a descarbonetação por meio da têmpera em banho de sal, uma ranhura em forma de V é limada com uma lima com dureza igual ou superior a 66HRC, pois a dureza da peça é inferior à do núcleo. A profundidade da ranhura determina a extensão da descarbonetação.
Alguns fabricantes de ferramentas determinam a dureza e a camada de descarbonetação de ferramentas de aço rápido usando limas de fabricação própria. Essas limas são feitas de aço rápido 4341 e passam por processos de fortalecimento da superfície, como QPQ.
Depois de resfriar a amostra ou a peça de teste em um banho de sal, ela é aquecida a 700 ℃ e imersa em ácido clorídrico 20% por vários minutos. A peça é então limpa e observada.
A parte descarbonetada e a parte não descarbonetada têm diferentes resistências à corrosão, o que faz com que a parte descarbonetada pareça branca. A profundidade da camada descarbonetada pode ser determinada examinando-a com uma lente de aumento.
Meça a distribuição da dureza na seção transversal da amostra que foi submetida ao tratamento térmico por banho de sal. Se a dureza da superfície for diferente da do núcleo, a camada descarbonetada poderá ser determinada identificando-se onde a dureza é igual à dureza do núcleo.
Algumas pessoas acreditam que um limite de dureza de 823HV0-1 é usado para determinar se o aço rápido sofreu descarbonetação após o tratamento térmico. A distância desse limite até a superfície representa a profundidade da camada descarbonetada.
Uma folha de aço (que consiste em uma tira de aço carbono 1.0% com espessura de 0,5 mm, largura de 30 mm e comprimento de 150 mm) é colocada em um banho de sal e aquecida pelo tempo especificado sob as condições descritas na Tabela 1. Após o aquecimento, ele é resfriado em água corrente da torneira a 10-30 ℃ e quebrado manualmente para avaliar sua resistência à ruptura. A descarbonetação e a deterioração do banho de sal são então determinadas com base nos critérios descritos na Tabela 2.
Tabela 1: Tempo de aquecimento da folha de aço em banho de sal
| Temperatura de aquecimento do banho de sal / ℃ | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 | 1300 |
| Tempo de aquecimento / min | 20 | 15 | 10 | 5 | 3 | 2 |
Tabela 2: critérios de determinação para folhas de aço
| Caráter | Condição de ruptura | Teor de carbono do aço folha de alumínio (%) | Taxa de descarbonetação da folha de aço (%) | O banho de sal é adequado? |
| 1 | Frágil quando quebrado | >0.60 | 30~40 | ○ |
| 2 | Elástico quando quebrado | 0.40~0.50 | 50~60 | △ |
| 3 | Somente depois de reviravoltas é que ele pode quebrar | 0.20~0.30 | 70~80 | × |
| 4 | As voltas e reviravoltas são infinitas | <0.20 | 80~90 | × |
Conforme ilustrado na Fig. 4, o tamanho do grão na camada superficial de uma peça de aço de alta velocidade que passou por têmpera e descarbonetação é relativamente grosseiro.
Fig. 4 Metalografia da fresa descarbonetada
(1) A ferrugem que se formou no cabo do eletrodo e no dispositivo de fixação deve ser removida antes da têmpera.
(2) A escória acumulada devido ao óxido no sal fundido ou quaisquer objetos flutuantes na superfície do líquido devem ser removidos imediatamente.
(3) Independentemente de as peças de trabalho estarem secas ou não, elas devem ser assadas e secas completamente.
(4) O sal que estiver preso à peça de trabalho ou ao acessório, ou o sal espalhado, não deve ser levado ao banho de sal devido ao alto risco de oxidação, e deve ser evitado e removido.
(5) A alcalinidade do sal fundido é melhorada ao evitar que ele reaja com a atmosfera.
Para evitar e minimizar a disseminação de doenças, as seguintes medidas podem ser tomadas:
① A temperatura do banho de sal deve ser mantida a mais baixa possível.
② O tamanho da área da superfície do banho de sal deve ser minimizado.
③ A tampa do forno deve ser coberta se a têmpera não estiver ocorrendo.
④ A superfície do líquido do banho deve ser coberta por um fluxo circulante de nitrogênio ou gás inerte.
(6) Se o forno ficar inativo por um longo período, a solução salina deve ser drenada, seca, quebrada em pequenos pedaços e armazenada em um local seco. Se for encontrado um grande número de lama preta ou inclusões, elas devem ser descartadas e não devem mais ser usadas.
(7) A escória deve ser totalmente desoxidada e removida completa e minuciosamente.
(8) Um sal de ação prolongada não desoxigenado ou um 5% MgF2 banho de sal de alta temperatura (95% BaCl2) deve ser usado.
(9) O sal comprado de fontes confiáveis deve ser amostrado e testado antes de ser trazido para a fábrica e armazenado, e só pode ser usado depois de ter sido aprovado nas qualificações.
(10) Deve-se praticar um gerenciamento eficaz do local e lidar com os possíveis fatores de descarbonização em tempo hábil.
Atualmente, o forno de banho de sal continua sendo o principal equipamento de aquecimento para o tratamento térmico de aço rápido.
Embora o desenvolvimento dos fornos a vácuo tenha sido rápido, eles não podem substituir totalmente o forno de banho de sal.
Por um longo período, as vantagens de ambos se complementarão e coexistirão, mas, eventualmente, o banho de sal será descontinuado.
Atualmente, é fundamental prestar atenção à qualidade da têmpera em banho de sal, principalmente para evitar a descarbonetação.
Ao monitorar de perto cada etapa, é possível garantir o mínimo ou nenhuma descarbonetação, assegurando assim a longevidade das ferramentas.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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