Procedimentos para tratamentos térmicos de endurecimento

O endurecimento de aços-ferramenta por têmpera pode ser feito através de vários meios de resfriamento como têmpera em água, têmpera em óleo, tempera em ar e técnicas especiais de interrupção de resfriamento.

Aço ferramenta temperável em água
Procedimento: o aço é aquecido à temperatura usual de têmpera , 780 ºC em atmosfera neutra para evitar a descarbonetação. O meio de resfriamento é água fria ou solução salina a 10% para a máxima dureza. Agitação intensa é necessária para assegurar o resfriamento rápido, para evitar o aparecimento regiões moles.

Com este procedimento a profundidade de endurecimento é de aproximadamente 3 mm.
A espessura do endurecimento pode ser aumentada até aproximadamente 6 mm se a temperatura da têmpera for elevada para 870 ºC. Entretanto o aumento da temperatura de têmpera causa a perda de tenacidade.

O processo é seguido por revenimento em temperatura de 150- 250ºC para obtenção da dureza desejada.

Aço ferramenta temperado em Óleo
Procedimento: o aço é pré-aquecido a 650-700 ºC para equalização de temperatura antes do aquecimento até a temperatura de austenização. Este passo permite manter a estabilidade dimensional. Segue-se o aquecimento até 800-840 ºC para a têmpera. O meio de resfriamento é óleo.

O revenimento é recomendado na faixa de temperaturas entre 170 e 200 ºC, que resulta em durezas acima de 60 HRC. O revenimento na faixa entre 250 e 300 ºC pode resultar em redução da resistência ao impacto.

Aço ferramenta temperável em Ar
Procedimento: estes aços requerem pré-aquecimento adequado a 780 ºC antes da austenização. A têmpera é efetuada pelo resfriamento em convecção natural. Seções maiores devem ser resfriadas com jato de ar para obtenção de durezas maiores.

Após o resfriamento até a temperatura de toque manual (50-60 ºC), o revenimento deve ser aplicado. Às vezes o revenimento múltiplo é necessário para que sejam atingidas a transformação completa da austenita e a máxima tenacidade compatível com a dureza.

Aço ferramenta para trabalho a quente, temperado em ar
Estes aços podem ser endurecidos em seções com dimensões até 60 mm. Acima desta espessura, à medida que o endurecimento completo progride, ocorre a precipitação dos carbonetos nos contornos de grão que resulta na redução da vida da ferramenta e baixa resistência ao impacto.

Procedimento: o procedimento mais indicado é a têmpera num forno de leito fluidizado ou em martêmpera (banho de sal mantido levemente acima da temperatura Ms). Isto permite que a taxa de resfriamento não atinja as áreas críticas da curva ‘S’ onde a precipitação dos carbonetos ocorre. A ferramenta equaliza sua temperatura no banho de têmpera e em seguida é removida e resfriada em ar até a temperatura de toque manual, para posterior revenimento.

Os aços devem ser adequadamente pré-aquecidos em duas etapas a 650 ºC e 850 ºC antes da austenização a 1010 ºC.

Como estes aços são sujeitos ao endurecimento secundário, a dureza máxima não é atingida antes do primeiro revenimento conduzido a 550 ºC. Revenimentos múltiplos subseqüentes são necessários para a completa transformação da austenita e obtenção da dureza de trabalho desejada.

Aço rápido
Ferramentas leves de dimensões transversais balanceadas podem ser satisfatoriamente temperadas em ar. Entretanto para ferramentas que se aproximam da forma de lâminas (seção transversal com dimensões muito diferentes) é necessário que o procedimento de tratamento térmico seja feito com a ferramenta prensada entre duas placas , para evitar distorções.

Procedimento: O aço rápido pode ser temperado em banho de sal ou forno de leito fluidizado a 550 ºC, e após a equalização, é resfriado em ar até a temperatura de toque manual, antes de ser submetido ao revenimento. O aço rápido é um aço com endurecimento secundário, isto é, atinge sua dureza máxima só após o revenimento.

As temperaturas de austenitização são críticas para os aços rápidos, sendo altamente recomendável seguir à risca as indicações do fabricante. Enquanto altas temperaturas de austenitização são necessárias para garantir que a máxima quantidade de carbonetos entre na solução, as temperaturas não ficam muito abaixo do ponto de início de fusão. Por esta razão o controle de temperatura do processo é essencial.

É recomendado o pré-aquecimento do aço rápido em duas etapas antes da austenitização, para minimizar o choque térmico. Estes tratamentos são normalmente conduzidos em temperaturas de 600-650 ºC e 840-880 ºC, dependendo do tipo de aço rápido. Depois do pré-aquecimento a ferramenta deve ser aquecida até a temperatura de austenitização recomendada e ali mantida por 2 a 5 minutos antes do resfriamento.

Endurecimento em baixa temperatura
Existe uma divisão de opiniões quanto ao endurecimento do aço rápido em baixa temperatura. Se a austenitização é feita em baixa temperatura, menor quantidade de elementos de liga são dissolvidos na austenita (sub-endurecimento).
Uma das correntes argumenta que baixa temperatura de austenitização ajuda a obter tenacidades mais altas para ferramentas com níveis de dureza em torno de 54-56 HRC, utilizadas para puncionamento a quente. A outra corrente argumenta que os melhores resultados são obtidos seguindo as recomendações para as temperaturas austeníticas e aplicando o revenimento para atingir a dureza desejada, que resulta em tenacidade superior. Esta é uma situação onde um tratamento térmico específico adequa-se a uma operação particular e necessita ser comprovado na prática.