A Nitretação para Moldes, Matrizes e Ferramentas
A adição e combinação de vários elementos químicos disponíveis na natureza para o desenvolvimento de ligas ferrosas visando atender às diversas aplicações industriais tem limitação quando se trata de melhorar as propriedades da superfície. Não existiria estatística ampla no Brasil para o que seria o descarte precoce de ligas ferrosas provenientes de moldes, matrizes e ferramentas associados a desgastes, corrosão e fadiga. Isso poderia representar alguma parte do PIB (produto interno bruto do Brasil) e explicaria o crescente interesse da área de engenharia de superfície pelos estudos da tribologia, ciência que estuda as interações das superfícies em contato.
A modificação da superfície de moldes e matrizes por processos de difusão de nitrogênio, construídos em aço ferramenta previamente temperados e revenidos, tem grande aplicação na indústria de injeção de alumínio, injeção de plástico, conformação a frio e conformação a quente. A indústria disponibiliza processos de difusão e de revestimentos como também processos combinando ambos para as diversas aplicações de moldes e matrizes. Melhorar o desempenho da superfície implica em melhor qualidade de produto final e, sobretudo, incremento da vida útil do molde.
O processo de difusão por nitrogênio denominado “nitretação” é o mais utilizado para melhorar propriedades mecânicas de superfície de moldes e matrizes. A indústria disponibiliza processos em meio líquido (sal fundido), gás (amônia dissociada) e plasma (mistura de íons, átomos, moléculas e elétrons). Os processos “sal fundido” e “gás” são conhecidos como “convencionais” e devido ao pouco, ou nenhum, controle de potencial de nitrogênio com efeito deletério na morfologia da camada nitretada começam a ser substituídos pelo processo com tecnologia do plasma. A tecnologia de nitretação iônica por plasma, que no médio prazo pode virar “commodities”, em termos de custos, permite controlar o potencial de nitrogênio para produzir camadas nitretadas com morfologias ajustadas à determinada aplicação. A tecnologia do plasma permite produzir camadas nitretadas “com”, ou “sem” a denominada “camada branca”, intermetálico, frágil, e pode evitar a formação de redes de carbonetos e, ou carbonitretos, na “camada difusão” para os aços de média e alta liga. A melhor configuração da camada nitretada formada com a tecnologia do plasma poderia potencializar o desempenho da superfície do molde.
Um aspecto importante do processo de nitretação é a determinação da espessura, ou profundidade, da camada nitretada. Percebe-se que na pratica industrial muitas vezes se desdenha da adequada determinação de especificação da camada nitretada. Para cada aplicação industrial existe uma determinada profundidade e morfologia de camada nitretada que impacta no melhor desempenho da superfície. A camada a ser determinada – com, ou sem camada branca e respectivas espessuras, ou profundidades - é resultado de uma prévia analise do quadro de tensões agindo no molde para identificar o principal agente, combinado, ou não, afetando a superfície: desgaste (abrasão /adesão), fadiga, ou corrosão. Moldes construídos em aço trabalho a quente, temperados e revenidos, para a operação de injeção de alumínio sob pressão, por exemplo, tem no desgaste associado a fadiga térmica um dos principais agentes de deterioração da superfície. A camada nitretada a ser desenvolvida nessa superfície seria de pequena espessura, na ordem de 0,050 mm e sem camada branca, pois o objeto desta seria retardar o surgimento precoce da trinca de maneira que quando esta surgir se propagar e parar até encontrar a profundidade final da camada nitretada que seria a região do aço de maior tenacidade. A partir do ponto de maior tenacidade do aço a trinca deve crescer por acumulo de deformação plástica na ponta, podendo o intervalo de tempo até a propagação representar alguns milhares de peças injetadas.
Contudo, para a peça “bucha de injeção de alumínio”, a camada nitretada mais interessante seria a de maior profundidade, da ordem de 0,20 a 0,30 mm, do mesmo aço trabalho a quente do molde, porém com a presença de “camada branca”, mas não muito espessa, pois, neste caso o desgaste predominante seria erosivo por “cavitação”. A “camada branca” reduz o coeficiente de atrito e incrementa a resistência ao desgaste por erosão, porém não poderia apresentar grandes espessuras, pois a “fragilidade desta piora”, podendo se destacar da superfície, reduzindo drasticamente a rugosidade original e agir como cunha metalúrgica na interface com a “camada de difusão”, nucleando uma trinca que facilmente se propagaria se encontrar uma favorável rede de carbonetos, ou carbonitretos, presentes na “camada de difusão” quando a nitretação realizada em processos convencionais.
Caberia assinalar que as recomendações de camadas nitretadas para os exemplos acima podem sofrer alterações e diferentes respostas dependendo das condições de utilização e das tecnologias empregadas na injeção do alumínio, tanto para o molde como para a bucha. Portanto, as configurações de camada nitretada nesses casos podem não ser, para determinadas condições de aplicação e equipamento, a melhor resposta, mas as citadas nesses exemplos tem mostrado os melhores resultados na prática industrial.
Finalizando, convém citar que os custos somados para o aço + tratamento térmico de têmpera / revenimento a vácuo + processo de difusão representam valores inferiores a 5% do custo total de construção de um molde, ou matriz. Assim, no momento de selecionar o processo de nitretação não se poderia hesitar em optar pela melhor e confiável tecnologia que, neste caso, seria a nitretação iônica por plasma.
Pode ser visto no “You Tube” um breve vídeo da nitretação iônica por plasma para moldes de injeção de alumínio. Clique no endereço: < http://www.youtube.com/watch?v=cOxf7ir6Oj0 >.
A modificação da superfície de moldes e matrizes por processos de difusão de nitrogênio, construídos em aço ferramenta previamente temperados e revenidos, tem grande aplicação na indústria de injeção de alumínio, injeção de plástico, conformação a frio e conformação a quente. A indústria disponibiliza processos de difusão e de revestimentos como também processos combinando ambos para as diversas aplicações de moldes e matrizes. Melhorar o desempenho da superfície implica em melhor qualidade de produto final e, sobretudo, incremento da vida útil do molde.
O processo de difusão por nitrogênio denominado “nitretação” é o mais utilizado para melhorar propriedades mecânicas de superfície de moldes e matrizes. A indústria disponibiliza processos em meio líquido (sal fundido), gás (amônia dissociada) e plasma (mistura de íons, átomos, moléculas e elétrons). Os processos “sal fundido” e “gás” são conhecidos como “convencionais” e devido ao pouco, ou nenhum, controle de potencial de nitrogênio com efeito deletério na morfologia da camada nitretada começam a ser substituídos pelo processo com tecnologia do plasma. A tecnologia de nitretação iônica por plasma, que no médio prazo pode virar “commodities”, em termos de custos, permite controlar o potencial de nitrogênio para produzir camadas nitretadas com morfologias ajustadas à determinada aplicação. A tecnologia do plasma permite produzir camadas nitretadas “com”, ou “sem” a denominada “camada branca”, intermetálico, frágil, e pode evitar a formação de redes de carbonetos e, ou carbonitretos, na “camada difusão” para os aços de média e alta liga. A melhor configuração da camada nitretada formada com a tecnologia do plasma poderia potencializar o desempenho da superfície do molde.
Um aspecto importante do processo de nitretação é a determinação da espessura, ou profundidade, da camada nitretada. Percebe-se que na pratica industrial muitas vezes se desdenha da adequada determinação de especificação da camada nitretada. Para cada aplicação industrial existe uma determinada profundidade e morfologia de camada nitretada que impacta no melhor desempenho da superfície. A camada a ser determinada – com, ou sem camada branca e respectivas espessuras, ou profundidades - é resultado de uma prévia analise do quadro de tensões agindo no molde para identificar o principal agente, combinado, ou não, afetando a superfície: desgaste (abrasão /adesão), fadiga, ou corrosão. Moldes construídos em aço trabalho a quente, temperados e revenidos, para a operação de injeção de alumínio sob pressão, por exemplo, tem no desgaste associado a fadiga térmica um dos principais agentes de deterioração da superfície. A camada nitretada a ser desenvolvida nessa superfície seria de pequena espessura, na ordem de 0,050 mm e sem camada branca, pois o objeto desta seria retardar o surgimento precoce da trinca de maneira que quando esta surgir se propagar e parar até encontrar a profundidade final da camada nitretada que seria a região do aço de maior tenacidade. A partir do ponto de maior tenacidade do aço a trinca deve crescer por acumulo de deformação plástica na ponta, podendo o intervalo de tempo até a propagação representar alguns milhares de peças injetadas.
Contudo, para a peça “bucha de injeção de alumínio”, a camada nitretada mais interessante seria a de maior profundidade, da ordem de 0,20 a 0,30 mm, do mesmo aço trabalho a quente do molde, porém com a presença de “camada branca”, mas não muito espessa, pois, neste caso o desgaste predominante seria erosivo por “cavitação”. A “camada branca” reduz o coeficiente de atrito e incrementa a resistência ao desgaste por erosão, porém não poderia apresentar grandes espessuras, pois a “fragilidade desta piora”, podendo se destacar da superfície, reduzindo drasticamente a rugosidade original e agir como cunha metalúrgica na interface com a “camada de difusão”, nucleando uma trinca que facilmente se propagaria se encontrar uma favorável rede de carbonetos, ou carbonitretos, presentes na “camada de difusão” quando a nitretação realizada em processos convencionais.
Caberia assinalar que as recomendações de camadas nitretadas para os exemplos acima podem sofrer alterações e diferentes respostas dependendo das condições de utilização e das tecnologias empregadas na injeção do alumínio, tanto para o molde como para a bucha. Portanto, as configurações de camada nitretada nesses casos podem não ser, para determinadas condições de aplicação e equipamento, a melhor resposta, mas as citadas nesses exemplos tem mostrado os melhores resultados na prática industrial.
Finalizando, convém citar que os custos somados para o aço + tratamento térmico de têmpera / revenimento a vácuo + processo de difusão representam valores inferiores a 5% do custo total de construção de um molde, ou matriz. Assim, no momento de selecionar o processo de nitretação não se poderia hesitar em optar pela melhor e confiável tecnologia que, neste caso, seria a nitretação iônica por plasma.
Pode ser visto no “You Tube” um breve vídeo da nitretação iônica por plasma para moldes de injeção de alumínio. Clique no endereço: < http://www.youtube.com/watch?v=cOxf7ir6Oj0 >.
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