Cantos vivos e fatores que influenciam na qualidade do tratamento térmico e na vida útil da ferramenta

Uma ocorrência que surge nos corpos metálicos, quando recorremos aos tratamentos térmicos, são as deformações e distorções. Isso porque, para sorte da civilização, o elemento Ferro tem a capacidade de sofrer alterações volumétricas na estrutura cristalina no estado sólido quando alcançadas determinadas temperaturas. É exatamente esta capacidade que permite ao aço alcançar durezas maiores quando aquecido e resfriado rapidamente (têmpera), ou seja, de forma geral, durante o processo de tratamento térmico, o aço experimenta expansão e contração. Contudo, é aí que os cantos vivos e outros fatores geométricos pesam em consequências inesperadas e negativas às ferramentas.

Em casos comuns, onde não são feitos estudos aplicados sobre o tipo de aço e da geometria da peça a ser tratada termicamente, podem ocorrer o surgimento de trincas, distorções e deformações. E, se você quer entender mais sobre esses comportamentos, suas causas, consequências e ações para mitigar os riscos de ocorrência, o nosso informativo trará os principais destaques para ajudar na compreensão destes fenômenos.

O tratamento térmico é sempre o culpado por trincas e deformações durante o processamento das peças?

Caso você ainda não saiba o que é, os cantos vivos são quinas (externas ou internas) presentes nas peças. No caso de peças metálicas, essas quinas e ângulos secos demais são um dos maiores causadores de trincas durante os tratamentos térmicos. Isso porque, quanto maior a diferença de massa entre as partes da peça que estão ligadas por essa quina, maior será a tensão entre elas, por esquentarem e esfriarem em ritmos diferentes.

Sendo assim, com a presença de uma geometria não adequada, é grande a chance de a vida útil da peça ser encerrada já durante o tratamento térmico e, neste caso, o tratamento térmico não será o agente causador da falência, mas sim o revelador de uma não conformidade.

Mas, como evitamos este tipo de fenômeno?

Ao projetar uma peça que será submetida a tratamento térmico, especialmente têmpera e revenimento, é importante considerar várias características geométricas para mitigar os riscos de trincas, deformações e distorções e, garantir a qualidade do tratamento térmico. Aqui estão alguns pontos críticos que devem ser evitados:

1. Cantos Vivos

Evitar: Cantos vivos, pois, como comentado anteriormente, eles são pontos concentradores de tensões, aumentando o risco de trincas e deformações durante a têmpera.

Solução: Utilize cantos arredondados (com os maiores raios possíveis) ou chanfrados para distribuir as tensões de forma mais uniforme. Isto é válido tanto para cantos internos, como também externos.

2. Mudanças Abruptas de Seção

Evitar: Transições abruptas entre seções de diferentes espessuras ou formas, como de uma seção fina para uma seção espessa.

Solução: Projete transições suaves, utilizando os maiores raios possíveis, entre seções para reduzir o risco de deformações e garantir um resfriamento mais uniforme. Em determinados casos é interessante fazer um escalonamento entre a região de maior e a de menor massa, evitando sempre riscos de usinagem.

3. Geometrias Complexas e Irregulares

Evitar: Formas complexas com reentrâncias, filetes pequenos ou áreas difíceis de alcançar, pois essas regiões podem esfriar a taxas diferentes, causando tensões internas e deformações.

Solução: Simplifique o design da peça e, se possível, evite detalhes complexos em áreas críticas. Adicione raios maiores em filetes e reentrâncias.

4. Secções Muito Finas ou Muito Espessas

Evitar: Secções extremamente finas ou espessas em uma mesma peça, pois estas esfriam a taxas muito diferentes, resultando em tensões internas desiguais.

Solução: Mantenha a espessura da peça o mais uniforme possível e, se necessário, adicione elementos de suporte ou reforço em áreas mais frágeis.

5. Furos ou Cavidades Internas

Evitar: Cavidades internas ou furos profundos e finos que podem acumular calor, resfriar mais lentamente, e causar deformações ou trincas.

Solução: Se furos forem necessários, projete-os com diâmetros e profundidades que não criem diferenças significativas nas taxas de resfriamento. É muito importante evitar paredes finas entre furos ou furos muito próximos das laterais da peça. Além disso é fundamental que os furos sejam escareados.

6. Soldas ou Juntas Improvisadas

Evitar: Soldas ou juntas improvisadas, pois essas áreas podem reagir de forma imprevisível durante o tratamento térmico.

Solução: Em peças que passarão por têmpera e revenimento a solda deve ser entendida sempre como uma solução paliativa e que deve ser evitada. Se a soldagem for realmente necessária, use técnicas de preparação adequadas, eletrodos compatíveis com a composição química do aço a ser soldado, pré aqueça a peça a ser soldada e utilize técnicas de pós-tratamento apropriadas para reduzir a concentração de tensões e garantir uma microestrutura homogênea.

7. Componentes Assimétricos

Evitar: Designs assimétricos, onde uma parte da peça pode esfriar muito mais rápido do que outra, levando a deformações.

Solução: Tente projetar a peça de maneira simétrica ou, se isso não for possível, preveja o sobremetal adequado para corrigir deformações.

8. Arestas e Pontos Afiados

Evitar: Arestas afiadas ou pontos agudos, que podem atuar como iniciadores de trincas durante o resfriamento.

Solução: Arredonde arestas e suavize quaisquer pontos agudos na geometria da peça.

9. Peças acabadas

Não enviar: Peças na dimensão final, pois a variação dimensional, como informado anteriormente, é intrínseca às operações de tratamento térmico.

Solução: Sempre prever sobremetal adequado às dimensões da peça, buscando, inclusive, o balanceamento de massas.

Evitar: usinagem grosseira, pois toda aresta que, ao passar o dedo desprotegido, traga o risco de ferimento, deve ser retrabalhada, pois além de representar um risco aos operadores, é também um ponto concentrador de tensões.

Solução: Não permitir a presença de rebarbas, principalmente nas áreas de alteração de forma/massa e furos.

Cuidado com o resfriamento inadequado!

É um grande engano se até aqui você pensou que apenas os formatos são os únicos responsáveis pelas formações de trincas, deformações dos aços e baixa performance das ferramentas.

Normalmente, pensando-se unicamente na microestrutura do material, quanto mais rápido for o resfriamento da têmpera, melhor, porém, a têmpera, sem o acompanhamento preciso de profissionais, também pode se transformar em um risco para integridade das ferramentas. Isso porque, o resfriamento drástico demais traz tensões internas, além de uma alta instabilidade térmica.

De outro lado, um resfriamento muito lento, visando evitar a ocorrência de trincas e deformações, pode trazer efeitos negativos para a microestrutura do material, que poderá afetar propriedades como tenacidade, resistência à compressão, polibilidade, etc.

Ou seja, o projetista, a ferramentaria e o tratador térmico devem trabalhar em conjunto, no sentido de se prever a geometria e o acabamento de tal forma a permitir a utilização de taxas de resfriamento adequadas durante as operações de tratamento térmico.

Unindo a geometria ao tratamento térmico ideal

As táticas para aumentar a vida útil de uma ferramenta, como já dito antes, começam logo pelo projeto das ferramentas.

Quando os estudos se alinham corretamente para uma geometria que aceite soluções térmicas com segurança, toda a perspectiva desta peça muda. Sendo assim, a geometria favorável ao tratamento térmico leva ao menor risco de trincas e deformações e, permite a utilização de taxas de resfriamento adequadas, resultando em melhor tenacidade e, por fim, uma MAIOR vida útil da ferramenta.

Boas práticas para têmpera

Primeiramente, como a têmpera é uma solução que também diz respeito à tenacidade, dureza, mudanças volumétricas e ajuste de aspectos mecânicos do aço, esta também tem boas práticas para ser realizada, proporcionando uma execução mais segura e uma maior vida útil das ferramentas.

Os principais cuidados giram em torno de:

– Informar o tipo de aço/liga enviado para tratamento térmico e, se possível, o fabricante ou distribuidor do mesmo, pois assim, saberemos exatamente onde buscar as informações para o correto tratamento térmico;

– Realizar o melhor projeto de usinagem: rota de usinagem (desbaste, acabamento, retífica etc.) e geometria, visando a introdução da menor quantidade possível de tensões e o melhor acabamento possível;

– O alívio de tensões antes da têmpera tem o objetivo de mitigar os riscos, mas é importante frisar que não os elimina por completo.

Enfim, agora que você já sabe mais sobre cantos vivos, deformações, os efeitos da têmpera e como todos esses fatores influenciam o aço para uma vida útil maior nas ferramentas, que tal visitar o nosso site para conferir mais infotecs? Aproveite, também, para nos acompanhar nas redes sociais e esteja atento às novidades da ISOFLAMA.

Nos vemos na próxima!