Processo de tratamento térmico a vácuo

O que é tratamento térmico a vácuo?

 

O tratamento térmico a vácuo refere-se a um processo no qual as peças do molde são colocadas em equipamentos de tratamento térmico a vácuo para aquecimento, isolamento e resfriamento. É uma das atuais tecnologias avançadas de tratamento térmico de moldes. À medida que os requisitos de qualidade dos moldes se tornam cada vez mais elevados, é difícil para o tratamento térmico geral atender aos requisitos técnicos. Após o tratamento térmico a vácuo do molde, a superfície não será oxidada ou descarbonetada, a distorção de têmpera será pequena, a dureza superficial será uniforme, o desempenho será melhorado e a vida útil do molde geralmente aumentará. , geralmente pode aumentar em mais de 30%. Além disso,tratamento térmico a vácuopode reduzir a margem de usinagem (retificação ou polimento) em 1/3 ~ 1/2, melhorando assim a eficiência da produção e reduzindo os custos de fabricação de moldes. O tratamento térmico a vácuo é especialmente adequado para moldes de alta precisão que exigem dimensões e desempenho estáveis. As tecnologias de tratamento térmico a vácuo do molde incluem: têmpera a vácuo, têmpera a vácuo, cementação a vácuo, nitretação a vácuo, infiltração de metal a vácuo, etc. A Figura 1 mostra o equipamento de tratamento térmico a vácuo do molde e a Figura 2 mostra a foto do molde.

 

Figura 1 Equipamento de tratamento térmico a vácuo de molde

 

Parâmetros do processo de tratamento térmico a vácuo

 

(1) Grau de vácuo

O grau de vácuo afeta diretamente a rugosidade da superfície do molde, afetando assim a qualidade e o desempenho da superfície. Para evitar a volatilização dos elementos de liga na superfície do molde, um grau de vácuo razoável deve ser selecionado. A relação correspondente entre o grau de vácuo e a temperatura de aquecimento durante o aquecimento a vácuo do molde de liga de aço é mostrada na tabela. 1.

 

Tabela 1 Correspondência entre grau de vácuo e temperatura de aquecimento

Temperatura/grau de aquecimento	Menor ou igual a 900 graus	1000~1100 graus	1100~1300 graus
Grau de vácuo/Pa	Maior ou igual a 0,133	1.33~13.3	1100~1300 graus

 

 

(2) Temperatura de pré-aquecimento

Quando a temperatura de aquecimento do tratamento térmico a vácuo é de 1000 ~ 1100 graus, o pré-aquecimento é realizado a 800 ~ 850 graus; quando a temperatura de aquecimento excede 1200 graus, os moldes com formas simples podem ser pré-aquecidos a 850 graus, e moldes maiores ou complexos podem ser pré-aquecidos a 850 graus. Então o pré-aquecimento deve ser realizado duas vezes a 500~600 graus e 800~850 graus.

 

(3) Isolamento

1) Temperatura de aquecimento. A temperatura de aquecimento para têmpera a vácuo é geralmente o limite inferior do forno de banho de sal e do forno de ar. As temperaturas de aquecimento para têmpera a vácuo, recozimento a vácuo, tratamento com solução a vácuo e envelhecimento a vácuo são geralmente as mesmas do tratamento térmico convencional.

 

Mantendo o tempo. Em circunstâncias normais, o tempo de aquecimento a vácuo é 6 vezes maior que o do forno de banho de sal e 2 vezes maior que o do forno a ar. A fórmula empírica é τ=KB + T, onde τ é o tempo de retenção do aquecimento (min), K é o coeficiente do tempo de retenção (min/mm), B é a espessura efetiva do molde (mm), e T é a margem de tempo (ou tempo fixo) (min).

Aço	Coeficiente de tempo de espera K/min·mm-1	margem de tempo T/min	Observação
Aço ferramenta não ligado	1.9	5~10	Pré-aqueça uma vez a 560 graus
Aço ferramenta de baixa liga	2.0	10~20	Pré-aqueça uma vez a 560 graus
Aço ferramenta de alta liga	0.48	20~40	Pré-aqueça uma vez a 560 graus e uma vez a 800 graus
aço de alta velocidade	0.33	15~25	Pré-aqueça uma vez a 560 graus e uma vez a 800 graus

2. Têmpera a vácuo do molde

 

(1) Pré-aquecimento

Aço de baixa liga (40Cr, 60Si2Mn, etc.) e aço de liga média (CrWMn, 9CrSi, 5CrNiMo, etc.) podem ser selecionados para aquecimento em dois estágios (como pré-aquecimento de 650 graus → aquecimento de têmpera de 850 graus); aço de alta liga (H13, Cr12MoV, etc.) pode ser selecionado Aquecimento de três níveis (como pré-aquecimento de 650 graus → pré-aquecimento de 850 graus → aquecimento de têmpera de 1030 graus).

 

(2) Seleção de aquecimento e tempo de retenção

O tempo de retenção não deve apenas garantir que uma certa quantidade de carbonetos seja totalmente dissolvida, aumentar o teor de liga na austenita e fornecer uma garantia para uma recuperação óbvia da dureza durante o revenido na temperatura de pico do endurecimento secundário, mas também não deve causar superaquecimento e afetar a qualidade do molde.

 

(3) Método de resfriamento

A têmpera a vácuo do aço para molde pode usar têmpera a óleo, têmpera a gás, têmpera com água, têmpera com sal de nitrato, etc. Todos os aços para moldes de liga podem ser temperados com óleo a vácuo para obter uma superfície brilhante e desempenho razoável. Em comparação com a têmpera por resfriamento a ar, alta tenacidade e resistência são facilmente obtidas devido à rápida velocidade de resfriamento do óleo. A têmpera por resfriamento a ar pode obter menor distorção de têmpera.

 

O método de resfriamento por têmpera a vácuo deve ser selecionado de acordo com a forma, material, tamanho, requisitos técnicos, etc. Consulte a Tabela 3 para obter detalhes.

 

Tabela 3 Seleção de métodos de resfriamento com extinção a vácuo

método de resfriamento	Escopo de uso
Têmpera em óleo a vácuo	Adequado para aço para ferramentas de liga, aço para ligas de alto carbono e alto cromo, aço para ferramentas de alta velocidade e outros aços para moldes, usando têmpera de óleo a vácuo especial. A têmpera a óleo a vácuo é especialmente adequada para moldes que exigem alta resistência e tenacidade.
Refrigerado a ar	A fim de reduzir a distorção do molde, encurtar o ciclo do processo e obter uma produção de tratamento térmico limpo, a têmpera por resfriamento a ar é cada vez mais utilizada internacionalmente. Requisitos de taxa de resfriamento: aço H13 (4Cr5MoSiV1) maior ou igual a 28 graus /min, aço Cr12MoV maior ou igual a 17 graus /min 1) 0.2MPa têmpera a ar a vácuo: isto é, têmpera a ar a vácuo de baixa pressão. A pressão máxima de resfriamento de extinção de N2 é 0 0,2 MPa e a pureza do N2 está acima de 99,95% (fração volumétrica). Geralmente é usado para aço ferramenta de alta velocidade e aço frio que não requer alta velocidade de resfriamento. Molde de aço para trabalho a quente 2) 0.6MPa de têmpera a gás de alta pressão: Sua pressão de têmpera de N2 é de 0.6MPa. Geralmente é usado para têmpera de aço para ferramentas de alta velocidade, aço de liga com alto teor de carbono e alto cromo e alguns aços para ferramentas de liga para fazer moldes. 3) Têmpera a gás de ultra-alta pressão acima de 1MPa: geralmente usada para todos os aços de alta velocidade, aço para matrizes para trabalho a quente, aço para matrizes para trabalho a frio, aço Cr13 e algumas ligas de aço temperadas com óleo. Também adequado para têmpera de moldes grandes e médios
Têmpera com água a vácuo	Usado para têmpera e resfriamento de metais não ferrosos, ligas resistentes ao calor, ligas de titânio e aço carbono, etc.
Têmpera de nitrato a vácuo	O uso de sal nitrato para classificação de moldes ou têmpera isotérmica pode reduzir a distorção do molde, evitar rachaduras e prevenir a descarbonetação de aço estrutural de alta resistência. A capacidade total de resfriamento de um banho estático de sal de nitrato é equivalente à do óleo. A agitação pode melhorar a eficácia do banho de sal. Capacidade de resfriamento, a temperatura operacional geral é controlada dentro da faixa de 160 ~ 280 graus

Exemplo: molde de fundição sob pressão de liga de alumínio ultragrande de aço H13 (4Cr5MoSiV1) (5t) é temperado usando Super Turbo da Ipsenforno a vácuoe a temperatura de aquecimento é de 1000 graus. Após isolamento suficiente, ele é temperado e resfriado com nitrogênio de 1,5 MPa, e o resfriamento é interrompido em 400 graus. Estágio de retenção isotérmico para reduzir a distorção do molde e evitar rachaduras.

 

Finalmente, foram obtidas excelentes propriedades mecânicas e mínima distorção de têmpera. Os resultados específicos da inspeção são mostrados na Tabela 4.

Tabela 4 Resultados do molde de aço H13 após têmpera a ar a vácuo

projeto	superfície	Coração
Microestrutura	pequeno	Bem (em estado extinto)
Tamanho/classe do grão	10~11	9
Resistência à tração Rm/MPa	1287	1264
Limite de escoamento ReL/MPa	1044	1019
Alongamento após ruptura A (%)	19.5	17.8
Contração seccional Z (%)	52.8	49.1
Energia de absorção de impacto/J	262,282,279	221,239,238

(4) Têmpera a vácuo

As vantagens de usar um forno a vácuo (como o forno de têmpera de pressão positiva de câmara única da série WZH) para têmpera: controle de temperatura preciso e uniforme; garantindo a ausência de oxidação durante as etapas de aquecimento e preservação do calor; pode ser resfriado lentamente com o forno ou resfriado rapidamente inflando. O processo de resfriamento pode ser preenchido com N2 de alta pureza ou uma mistura de N2 de alta pureza e outros gases redutores (como H2) para garantir que não haja oxidação ou coloração durante o resfriamento.

 

A velocidade de aquecimento do revenido é de 00,8min/mm e o núcleo é mantido aquecido por pelo menos 2 horas. A temperatura de revenido depende dos requisitos de dureza. O primeiro e o segundo revenido são obrigatórios, podendo o terceiro revenido ser omitido dependendo dos requisitos técnicos e da dureza final.

 

3. Recozimento a vácuo do molde

O recozimento a vácuo do molde (módulo) pode facilmente obter tratamento térmico sem oxidação e descarbonetação, o que é benéfico para melhorar a qualidade da superfície e a eficiência de produção do molde, encurtando o ciclo do processo, e a superfície do molde pode ser brilhante e a microestrutura é uniforme .

(1) Processo comum de recozimento a vácuo

A Figura 3 é o processo comum de recozimento a vácuo do módulo de aço H13 (4Cr5MoSiV1). O recozimento do molde usa um forno a vácuo (como o forno a vácuo de câmara única da série WZT, grau de vácuo final 0 0,1Pa), e o módulo é aquecido lentamente a 870 graus a uma velocidade de 6{{ 14}} graus /h. O tempo de espera (2~4h) é determinado dependendo do tamanho efetivo do módulo. Pode ser mantido a 0,8min/mm após o aquecimento. A pressão durante o estágio de preservação do calor é controlada em 0,1 ~ 10Pa. O resfriamento do forno pode ser realizado em estado de vácuo durante o resfriamento. Quando a temperatura é inferior a 500 graus, 1 × 105Pa N2 de alta pureza ou uma mistura de N2 de alta pureza e outros gases redutores (como H2) podem ser preenchidos para resfriamento para garantir que a superfície do módulo não seja oxidada e não -colori. A dureza do módulo recozido é<235HBW, and the structure is pearlite + uniformly distributed granular carbides.

 

Principais parâmetros de dados do forno de têmpera a gás de alta pressão a vácuo
Modelo	Tamanho médio da zona de temperatura	Temperatura máxima	Pressão final	Taxa de aumento de pressão	Uniformidade de temperatura	Carregando volume
RVSQ-224	250×250×400	1300	4×10-1	0.5	±5	50
RVSQ-335	300×300×500	1300	4×10-1	0.5	±5	100
RVSQ-446	400×450×600	1300	4×10-1	0.5	±5	200
RVSQ-558	500×500×800	1300	4×10-1	0.5	±5	300
RVSQ-669	600×600×900	1300	4×10-1	0.5	±5	500
RVSQ-7710	700×700×1000	1300	4×10-1	0.5	±5	800
RVSQ-8812	800×800×1200	1300	4×10-1	0.5	±5	1200
RVSQ-70×11	Φ700×1100	1300	4×10-1	0.5	±5	800

 

Figura 3 Processo de recozimento a vácuo de aço H13

 

(2) Processo de recozimento isotérmico de aço para molde H13

A pressão do forno a vácuo é de 0 0,1 ~ 10Pa, aumenta lentamente para 875 ~ 890 graus a menos ou igual a 200 graus /h e mantém por 2 a 4 horas, depois esfria rapidamente a 710 ~ 740 graus e mantém por 3 a 4 horas e use nitrogênio de alta pureza para esfriar abaixo de 100 graus e descarregar.

 

(3) Processo de recozimento isotérmico de aço para molde Cr12MoV

A pressão do forno a vácuo é de 0 0,1 ~ 10Pa, aumenta lentamente para 830 ~ 870 graus a menos ou igual a 200 graus /h e mantém por 2 a 4 horas, depois esfria rapidamente para 720 ~ 740 graus e mantém por 3 a 4 horas e use N2 de alta pureza para esfriar abaixo de 100 graus e descarregar.

 

4. Cementação a vácuo do molde

A cementação a vácuo consiste em aquecer o molde até um estado austenitizado em umforno a vácuo, carburize-o em uma atmosfera de cementação e, em seguida, difunda-o e tempere-o. Como o molde é aquecido no estado de vácuo, a superfície do molde é muito lisa, o que é adequado para o tratamento de cementação de moldes com altos requisitos de qualidade superficial.

 

Exemplo: Cementação a vácuo de matriz de extrusão para biela de aço 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb).

 

(1) Meio de cementação (fração volumétrica): 70% CH4 + 30% H2. H2 é usado como gás diluente e CH4 (metano) é usado como gás de cementação. O equipamento de carburação é um pequeno forno de carburação a vácuo aquecido internamente. O processo de cementação a vácuo do molde é mostrado na Figura 4.

Vida de serviço. Após o tratamento térmico de cementação a vácuo, a vida útil dos moldes de aço 65Nb é 2,5 vezes maior que a dos moldes sem carburação e 7,5 vezes maior que a dos moldes de aço Cr12MoV (tratamento térmico convencional).

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