Introdução
Tanto para a condução dos tratamentos térmicos na própria empresa ou por sub-contratados, os procedimentos devem ser claramente estabelecidos e seguidos à risca, garantindo assim o controle apropriado dos processos e o seu resultado.
A variedade dos equipamentos para tratamento térmico de aços ferramenta incluem fornos a vácuo, fornos de leito fluidizado, fornos selados de têmpera e fornos de banhos de sal. Em adição a estes equipamentos, deverão existir instalações para o resfriamento de têmpera, capazes de produzir a melhor condição desejada para a taxa de resfriamento adequada para cada ferramenta específica.
Aspectos do Projeto do Tratamento Térmico
O projeto da ferramenta deve ser explicado para o responsável pelo tratamento térmico, especialmete no que diz respeito a escolha de materiais, geometria da ferramenta e efeitos possíveis de distorção. Trincas podem acontecer em função do projeto inadequado de uma matriz para o tratamento térmico a que será submetida. São exemplos destas falhas de projeto: mudanças bruscas de seção, marcas de conformação e raios de concordância.
Mudanças de Volume
Mudanças de volume ocorrem quando o aço é aquecido à temperatura de austenização antes do resfriamento (têmpera). As mudanças de volume ocorrem como resultado da expansão térmica e mudanças estruturais quando o material é aquecido e ocorre mudança de fase. Por isso deve-se dar especial atenção às condições de pré-aquecimento, de forma que a ferramenta possa estabilizar em várias temperaturas abaixo da temperatura de austenitização para um aquecimento uniforme. O pré-aquecimento e resfriamentos adequados reduzem o risco de trincas e distorção em ferramentas de seção variável.
Revenimento
O revenimento também requer um planejamento cuidadoso. A maioria dos aços com altos teores de elementos de liga, como os aços rápidos e os aços para trabalho à quente necessitam revenimento duplo para a transformação completa da austenita em martensita. Estes aços atingem a sua máxima dureza depois do primeiro revenimento. No segundo revenimento a dureza é reduzida para o nível desejado.
Nota: alguns especialistas acreditam que um terceiro revenimento é necessário para garantir que qualquer nova martensita formada como resultado da transformação da austenita seja efetivamente revenida. Este procedimento é uma decisão individual e envolve um custo adicional modesto.
Resfriamento após a Têmpera
As ferramentas não devem ser resfriadas até a temperatura ambiente após a têmpera pois poderão sofrer trincas. A ferramenta deve ser transferida para o forno de revenimento ainda aquecida ( 50 a 80 ºC). Para operações múltiplas de revenimento a ferramenta pode ser resfriada até a temperatura ambiente entre operações.
Alívio de Tensões
Quando a fabricação da ferramenta envolve muitas operações de usinagem é possível o aparecimento de tensões residuais. As tensões residuais assim geradas devem ser removidas antes do tratamento térmico de têmpera por um tratamento de alívio de tensões. O tratamento deve ser feito a 500-550 ºC permitindo-se após que a ferramenta resfrie até a temperatura ambiente.
Usinagem por eletroerosão e tensões geradas no aço ferramenta
Devido à natureza do processo de eletroerosão, matrizes assim fabricadas possuem altas tensões de superfície. O efeito pode ser minimizado por redução da densidade de corrente do eletrodo nos estágios finais da remoção e aplicando-se posteriormente um tratamento de alívio de tensões.
A necessidade dos tratamentos de Recozimento
Antes de endurecer qualquer aço ferramenta é necessário que o material tenha sido recozido antes da usinagem. O objetivo deste tipo de tratamento é refinar o grão e garantir que os microconstituintes fiquem uniformemente dispersos no aço, pois segregação excessiva pode levar a distorção (devido a taxas diferentes de endurecimento) e trincas.
Em geral o aço vem do fornecedor já recozido, o que pode ser confirmado com um teste simples de dureza.
Aços ferramenta que tenham sido forjados a quente ou extrudados a frio devem ser recozidos antes de iniciar outras operações como usinagem ou têmpera. Muitos aços são endurecidos ao ar ou parcialmente endurecidos em ar, o que resulta no aparecimento de tensões internas em blocos de matrizes e ferramentas forjadas resfriadas ao ar antes da usinagem. Matrizes e ferramentas que necessitem novo endurecimento devem ser recozidas antes do novo endurecimento para evitar aparecimento de defeitos no tratamento térmico subseqüente.
Tratamento de Recozimento
O tratamento de recozimento pleno consiste em aquecer o aço lentamente e uniformemente a uma temperatura acima da crítica e manter esta temperatura até a completa austenitização e homogeneização. O resfriamento deve ser cuidadosamente controlado e usada a taxa de resfriamento indicada pelo fornecedor. O resfriamento controlado deve se realizado até atingir 550 ºC . O aço pode então ser removido do forno e resfriado ao ar.
Descarbonetação
A descarbonetação pode ocorrer durante qualquer tratamento térmico e deve ser evitada pelo seu efeito danoso na superfície da peça acabada. O uso de atmosferas de proteção pode reduzir ou eliminar a descarbonetação. Outras técnicas como o uso de coberturas de bórax ou vidro pode reduzir os efeitos de descarbonetação.