Técnicas de tratamiento térmico para moldes de fundición a presión: guía

Las técnicas de tratamiento térmico se aplican ampliamente en la fabricación de moldes de fundición a presión; pueden mejorar significativamente la microestructura y el rendimiento de los componentes del molde, prolongar la vida útil del molde, mejorar la calidad del mecanizado y reducir el desgaste de las herramientas.

Los moldes de fundición a presión se fabrican normalmente con aceros aleados para herramientas. Las secuencias típicas de tratamiento térmico incluyen recocido esferoidizante, alivio/estabilización de tensiones, temple (o temple y revenido) y múltiples operaciones de revenido. Seleccionando una combinación adecuada de tratamientos térmicos, se puede conseguir la resistencia, la dureza y el rendimiento a altas temperaturas requeridos.

Pretratamiento:

1. Objetivo: eliminar las tensiones residuales de la forja o el mecanizado en bruto, reducir la dureza para facilitar el corte y preparar una estructura uniforme para el posterior temple y revenido.
2. Métodos y efectos: el recocido esferoidante produce una microestructura uniforme con carburos finamente dispersos para mejorar la tenacidad. El temple y revenido (es decir, el temple seguido del revenido) suele proporcionar un equilibrio superior entre resistencia y tenacidad, por lo que, en el caso de las matrices que requieren una alta tenacidad, se suele utilizar el revenido después del temple en lugar del esferoidante.
3. Recomendación: realice un tratamiento previo en piezas forjadas o piezas en bruto mecanizadas y registre el lote del proceso para facilitar la trazabilidad de la calidad posteriormente.

Tratamiento de estabilización:

1. Objetivo: eliminar las tensiones internas generadas durante el mecanizado en bruto y reducir el riesgo de distorsión y agrietamiento durante el temple. Esto es especialmente importante en el caso de matrices con formas complejas.
2. Proceso típico: calentar a 650 °C-680 °C, mantener durante 2-4 horas, retirar del horno y enfriar al aire. En el caso de matrices con geometrías complejas, enfriar en el horno por debajo de 400 °C antes de enfriar al aire para reducir aún más las tensiones internas.
3. Casos especiales: las superficies modificadas por EDM (mecanizado por descarga eléctrica) pueden desarrollar una capa recargada o dañada y son propensas a agrietarse por el corte con hilo; se debe realizar un recocido de alivio de tensiones a menor temperatura para eliminar las tensiones locales.

Precalentamiento de temple:

1. Motivo: los moldes de fundición a presión suelen estar fabricados con aceros de alta aleación con baja conductividad térmica; el calentamiento directo rápido puede crear grandes gradientes de temperatura, lo que provoca grietas o distorsiones. Por lo tanto, es necesario un precalentamiento por etapas.
2. Métodos y temperaturas de precalentamiento: el precalentamiento a baja temperatura (400 °C a 650 °C) puede realizarse en un horno de caja o de aire. El precalentamiento a alta temperatura se realiza mejor en un horno de baño de sal para mejorar la uniformidad del calor.
3. Número de precalentamientos y requisitos: los moldes con requisitos de control de deformación bajos pueden utilizar menos etapas de precalentamiento; para un control de deformación estricto, se deben utilizar precalentamientos por etapas múltiples para reducir las tensiones del gradiente térmico. Una estimación empírica común para el tiempo de precalentamiento es de 1 min/mm (solo como referencia; verificar en función del material y el grosor del componente).

Calentamiento de temple y remojo:

1. Objetivo: obtener austenita de composición uniforme y disolver los carburos suficientemente, mejorando así la resistencia a altas temperaturas y la resistencia al ablandamiento.
2. Selección de la temperatura: la temperatura de temple debe elegirse dentro de los límites especificados para el material. Las temperaturas de temple más altas favorecen la estabilidad térmica, pero pueden promover el crecimiento del grano y reducir la tenacidad; las matrices que requieren una alta tenacidad suelen utilizar temperaturas de temple relativamente más bajas.
3. Tiempo de reposo: para garantizar la homogeneización, el calentamiento de temple en baño de sal suele requerir un reposo relativamente largo; una estimación común es de 0,8 min/mm a 1,0 min/mm (valor de referencia; debe validarse).

Enfriamiento por temple:

1. Elección del método de enfriamiento: las matrices de forma simple y con baja sensibilidad a la deformación pueden templarse en aceite. Las matrices con formas complejas o con altos requisitos de antideformación se tratan mejor con un temple por etapas (acelerando el enfriamiento en etapas con transiciones graduales).
2. Ecualización antes del templado: para evitar grietas y distorsiones, independientemente del método de enfriamiento, no enfriar directamente a temperatura ambiente, sino enfriar primero a 150 °C a 180 °C para la ecualización. El tiempo de ecualización puede estimarse en 0,6 min/mm (referencia), y luego proceder inmediatamente al templado.
3. Notas: controle el perfil de la velocidad de enfriamiento para evitar la concentración de tensiones térmicas en la superficie fría y el núcleo caliente. Cuando utilice un temple por etapas o localizado, asegúrese de que la deformación sea controlable y establezca procedimientos correctivos.

Templado:

1. Necesidad: un revenido suficiente elimina las tensiones residuales del temple y ajusta la dureza y la tenacidad. Las matrices de fundición a presión suelen requerir un revenido completo, que se realiza normalmente en tres etapas.
2. La temperatura del primer revenido se elige normalmente dentro del rango de endurecimiento secundario del material (para estabilizar la estructura).
3. La temperatura del segundo templado se selecciona para alcanzar la dureza requerida.
4. La temperatura del tercer templado es entre 10 °C y 20 °C inferior a la del segundo templado y se utiliza para eliminar las tensiones residuales y refinar la estructura.
5. Enfriamiento del templado: después del templado, se puede utilizar enfriamiento con aceite o enfriamiento con aire. El tiempo de mantenimiento del templado de ciclo único no debe ser inferior a 2 horas (determine el tiempo exacto en función del espesor de la pieza y los requisitos del material).