Durante o tratamento térmico de alumínio e ligas de alumínio, vários problemas são comumente encontrados, como:
- Posicionamento inadequado da peça: Isso pode levar à deformação da peça, geralmente devido à remoção insuficiente de calor pelo meio de têmpera em uma taxa rápida o suficiente para atingir as propriedades mecânicas desejadas.
- Aquecimento rápido: Isso pode resultar em deformação térmica; o posicionamento correto das peças ajuda a garantir um aquecimento uniforme.
-Superaquecimento: Isso pode levar à fusão parcial ou fusão eutética.
-Incrustação superficial/oxidação em alta temperatura.
-Tratamento de envelhecimento excessivo ou insuficiente, ambos podendo resultar em perda de propriedades mecânicas.
- Flutuações nos parâmetros de tempo/temperatura/têmpera que podem causar desvios nas propriedades mecânicas e/ou físicas entre peças e lotes.
-Além disso, baixa uniformidade de temperatura, tempo de isolamento insuficiente e resfriamento inadequado durante o tratamento térmico da solução podem contribuir para resultados inadequados.
O tratamento térmico é um processo térmico crucial na indústria do alumínio. Vamos nos aprofundar em mais conhecimentos relacionados.
1. Pré-tratamento
Processos de pré-tratamento que melhoram a estrutura e aliviam as tensões antes da têmpera são benéficos para reduzir a distorção. O pré-tratamento normalmente envolve processos como recozimento por esferoidização e recozimento para alívio de tensões, e alguns também adotam tratamentos de têmpera e revenimento ou normalização.
Recozimento para alívio de tensõesDurante a usinagem, tensões residuais podem se desenvolver devido a fatores como métodos de usinagem, engate da ferramenta e velocidades de corte. A distribuição desigual dessas tensões pode levar à distorção durante a têmpera. Para mitigar esses efeitos, é necessário o recozimento para alívio de tensões antes da têmpera. A temperatura para o recozimento para alívio de tensões é geralmente de 500 a 700 °C. Ao aquecer em meio ar, utiliza-se uma temperatura de 500 a 550 °C com um tempo de espera de 2 a 3 horas para evitar oxidação e descarbonetação. A distorção da peça devido ao peso próprio deve ser considerada durante o carregamento, e outros procedimentos são semelhantes ao recozimento padrão.
Tratamento de pré-aquecimento para melhoria da estrutura:Isso inclui recozimento de esferoidização, têmpera e revenimento, tratamento de normalização.
- Recozimento de esferoidização: Essencial para aços carbono e aços liga durante o tratamento térmico, a estrutura obtida após o recozimento por esferoidização afeta significativamente a tendência de distorção durante a têmpera. Ajustando a estrutura pós-recozimento, é possível reduzir a distorção regular durante a têmpera.
-Outros métodos de pré-tratamento: Vários métodos podem ser empregados para reduzir a distorção causada pela têmpera, como têmpera e revenimento, e tratamento de normalização. A seleção de pré-tratamentos adequados, como têmpera e revenimento, e tratamento de normalização com base na causa da distorção e no material da peça, pode reduzir a distorção de forma eficaz. No entanto, é necessário cuidado com tensões residuais e aumentos de dureza após o revenimento, especialmente porque o tratamento de têmpera e revenimento pode reduzir a expansão durante a têmpera para aços contendo W e Mn, mas tem pouco efeito na redução da deformação para aços como o GCr15.
Na produção prática, identificar a causa da distorção por têmpera, seja ela decorrente de tensões residuais ou de estrutura deficiente, é essencial para um tratamento eficaz. O recozimento para alívio de tensões deve ser realizado para distorções causadas por tensões residuais, enquanto tratamentos como o revenimento, que alteram a estrutura, não são necessários, e vice-versa. Somente assim o objetivo de reduzir a distorção por têmpera pode ser alcançado, reduzindo custos e garantindo a qualidade.
2. Operação de aquecimento de têmpera
Temperatura de têmpera: A temperatura de têmpera afeta significativamente a distorção. Podemos atingir o objetivo de reduzir a deformação ajustando a temperatura de têmpera, ou a tolerância de usinagem reservada é a mesma que a temperatura de têmpera para atingir o objetivo de reduzir a deformação, ou selecionando e reservando razoavelmente a tolerância de usinagem e a temperatura de têmpera após os testes de tratamento térmico, de modo a reduzir a tolerância de usinagem subsequente. O efeito da temperatura de têmpera na deformação de têmpera não está relacionado apenas ao material utilizado na peça de trabalho, mas também ao tamanho e formato da peça de trabalho. Quando o formato e o tamanho da peça de trabalho são muito diferentes, embora o material da peça de trabalho seja o mesmo, a tendência de deformação de têmpera é bastante diferente, e o operador deve prestar atenção a esta situação na produção real.
Tempo de espera de têmpera: A seleção do tempo de têmpera não só garante o aquecimento completo e a obtenção da dureza ou das propriedades mecânicas desejadas após a têmpera, como também considera seu efeito na distorção. Prolongar o tempo de têmpera aumenta essencialmente a temperatura de têmpera, especialmente em aços com alto teor de carbono e alto teor de cromo.
Métodos de carregamento:Se a peça de trabalho for colocada de forma inadequada durante o aquecimento, isso causará deformação devido ao peso da peça de trabalho ou deformação devido à extrusão mútua entre as peças de trabalho, ou deformação devido ao aquecimento e resfriamento desiguais devido ao empilhamento excessivo das peças de trabalho.
Método de aquecimentoPara peças de formas complexas e espessuras variadas, especialmente aquelas com alto teor de carbono e elementos de liga, um processo de aquecimento lento e uniforme é crucial. O pré-aquecimento é frequentemente necessário, às vezes exigindo múltiplos ciclos de pré-aquecimento. Para peças maiores que não são tratadas de forma eficaz por meio do pré-aquecimento, o uso de um forno de resistência tipo caixa com aquecimento controlado pode reduzir a distorção causada pelo aquecimento rápido.
3. Operação de resfriamento
A deformação por têmpera resulta principalmente do processo de resfriamento. A seleção adequada do meio de têmpera, a operação cuidadosa e cada etapa do processo de resfriamento influenciam diretamente a deformação por têmpera.
Seleção do meio de têmpera: Ao mesmo tempo em que se garante a dureza desejada após a têmpera, recomenda-se a utilização de meios de têmpera mais suaves para minimizar a distorção. Recomenda-se o uso de meios de banho aquecidos para resfriamento (para facilitar o endireitamento enquanto a peça ainda está quente) ou mesmo resfriamento a ar. Meios com taxas de resfriamento entre água e óleo também podem substituir os meios duplos água-óleo.
— Têmpera por resfriamento a ar: A têmpera por resfriamento a ar é eficaz para reduzir a deformação causada pela têmpera em aços rápidos, aços para moldes de cromo e aços microdeformados por resfriamento a ar. Para o aço 3Cr2W8V, que não requer alta dureza após a têmpera, a têmpera por resfriamento a ar também pode ser usada para reduzir a deformação, ajustando adequadamente a temperatura de têmpera.
—Resfriamento e têmpera de óleo: o óleo é um meio de têmpera com uma taxa de resfriamento muito menor que a da água, mas para peças com alta temperabilidade, tamanho pequeno, formato complexo e grande tendência à deformação, a taxa de resfriamento do óleo é muito alta. Já para peças com tamanho pequeno, mas com baixa temperabilidade, a taxa de resfriamento do óleo é insuficiente. A fim de solucionar as contradições acima e aproveitar ao máximo a têmpera em óleo para reduzir a deformação das peças, métodos de ajuste da temperatura do óleo e aumento da temperatura de têmpera têm sido adotados para expandir a utilização do óleo.
—Alteração da temperatura do óleo de têmpera: Utilizar a mesma temperatura do óleo para têmpera para reduzir a deformação por têmpera ainda apresenta os seguintes problemas: quando a temperatura do óleo é baixa, a deformação por têmpera ainda é grande, e quando a temperatura do óleo é alta, é difícil garantir a dureza da peça após a têmpera. Sob o efeito combinado do formato e do material de algumas peças, o aumento da temperatura do óleo de têmpera também pode aumentar sua deformação. Portanto, é essencial determinar a temperatura do óleo de têmpera após passar no teste de acordo com as condições reais do material da peça, tamanho da seção transversal e formato.
Ao utilizar óleo quente para têmpera, para evitar incêndios causados pela alta temperatura do óleo durante a têmpera e o resfriamento, os equipamentos de combate a incêndio necessários devem ser instalados próximos ao tanque de óleo. Além disso, o índice de qualidade do óleo de têmpera deve ser testado regularmente, e o óleo novo deve ser reabastecido ou substituído em tempo hábil.
—Aumentar a temperatura de têmperaEste método é adequado para peças de aço carbono de seção transversal pequena e peças de aço-liga ligeiramente maiores que não atendem aos requisitos de dureza após aquecimento e preservação do calor em temperaturas normais de têmpera e têmpera em óleo. Aumentando adequadamente a temperatura de têmpera e, em seguida, a têmpera em óleo, obtém-se o efeito de endurecimento e redução da deformação. Ao utilizar este método para têmpera, deve-se tomar cuidado para evitar problemas como engrossamento dos grãos, redução das propriedades mecânicas e da vida útil da peça devido ao aumento da temperatura de têmpera.
—Classificação e austêmpera: Quando a dureza de têmpera atender aos requisitos de projeto, a classificação e a austêmpera do meio de banho quente devem ser totalmente utilizadas para atingir o objetivo de reduzir a deformação de têmpera. Este método também é eficaz para aços estruturais de carbono de seção pequena e baixa temperabilidade e aços para ferramentas, especialmente aços para matrizes contendo cromo e peças de aço rápido com alta temperabilidade. A classificação do meio de banho quente e o método de resfriamento da austêmpera são os métodos básicos de têmpera para este tipo de aço. Da mesma forma, também é eficaz para aços carbono e aços estruturais de baixa liga que não requerem alta dureza de têmpera.
Ao resfriar com um banho quente, é preciso prestar atenção aos seguintes pontos:
Primeiro, quando o banho de óleo é usado para classificação e têmpera isotérmica, a temperatura do óleo deve ser rigorosamente controlada para evitar a ocorrência de incêndio.
Em segundo lugar, ao resfriar com sais de nitrato, o tanque de sal de nitrato deve ser equipado com os instrumentos e dispositivos de resfriamento de água necessários. Para outras precauções, consulte as informações relevantes, e não as repetirei aqui.
Terceiro, a temperatura isotérmica deve ser rigorosamente controlada durante a têmpera isotérmica. Temperaturas altas ou baixas não contribuem para a redução da deformação durante a têmpera. Além disso, durante a austêmpera, o método de suspensão da peça deve ser selecionado para evitar a deformação causada pelo peso da peça.
Em quarto lugar, ao utilizar têmpera isotérmica ou gradual para corrigir a forma da peça de trabalho enquanto ela estiver quente, as ferramentas e acessórios devem estar totalmente equipados e a ação deve ser rápida durante a operação. Evite efeitos adversos na qualidade da têmpera da peça de trabalho.
Operação de resfriamento: A operação hábil durante o processo de resfriamento tem um impacto significativo na deformação de têmpera, especialmente quando são usados meios de têmpera aquosos ou oleosos.
- Direção correta da entrada do meio de têmpera: Normalmente, peças simetricamente balanceadas ou alongadas, em forma de haste, devem ser temperadas verticalmente no meio. Peças assimétricas podem ser temperadas em ângulo. A direção correta visa garantir um resfriamento uniforme em todas as peças, com as áreas de resfriamento mais lento entrando primeiro no meio, seguidas pelas seções de resfriamento mais rápido. Considerar o formato da peça e sua influência na velocidade de resfriamento é vital na prática.
-Movimento de peças em meio de têmpera: Peças de resfriamento lento devem estar voltadas para o meio de têmpera. Peças com formato simétrico devem seguir um caminho equilibrado e uniforme no meio, mantendo uma pequena amplitude e movimento rápido. Para peças finas e alongadas, a estabilidade durante a têmpera é crucial. Evite oscilações e considere o uso de grampos em vez de amarração de arame para melhor controle.
-Velocidade de têmpera: As peças devem ser temperadas rapidamente. Especialmente para peças finas, semelhantes a barras, velocidades de têmpera mais baixas podem levar ao aumento da deformação por flexão e a diferenças na deformação entre as seções temperadas em tempos diferentes.
-Resfriamento controlado: Para peças de trabalho com diferenças significativas no tamanho da seção transversal, proteja as seções de resfriamento mais rápido com materiais como corda de amianto ou chapas de metal para reduzir sua taxa de resfriamento e obter um resfriamento uniforme.
-Tempo de resfriamento na água: Para peças que sofrem deformação principalmente devido a estresse estrutural, reduza o tempo de resfriamento em água. Para peças que sofrem deformação principalmente devido a estresse térmico, aumente o tempo de resfriamento em água para reduzir a deformação por têmpera.
Editado por May Jiang da MAT Aluminum
Data de publicação: 21 de fevereiro de 2024
