PT1341944E - Liga de aço, suportes e elementos de suporte para ferramentas de moldagem de plásticos e peças em bruto com tempera dura para suportes e elementos de suporte. - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "LIGA DE AÇO, SUPORTES E ELEMENTOS DE SUPORTE PARA FERRAMENTAS DE MOLDAGEM DE PLÁSTICOS E PEÇAS EM BRUTO COM TÊMPERA DURA PARA SUPORTES E ELEMENTOS DE SUPORTE"

ÁREA TÉCNICA A invenção refere-se a uma liga de aço e, particularmente, a uma liga de aço para o fabrico de suportes e elementos de suporte para ferramentas de moldagem de plásticos. A invenção também diz respeito a suportes e elementos de suporte fabricados a partir do aço, bem como a peças em bruto feitas da liga de aço para o fabrico desses suportes e elementos de suporte.

CONTEXTO DA INVENÇÃO

Suportes e elementos de suporte para ferramentas de moldagem de plásticos são empregues como componentes de fixação e/ou estruturação para a ferramenta de moldagem de plásticos em estojos de ferramentas, em cuja ferramenta o produto de plástico será fabricado por algum tipo de método de moldagem. Entre os elementos de suporte concebíveis podem mencionar-se placas porta-moldes e outras peças de construção, bem como blocos pesados com grandes reentrâncias que podem acomodar e suportar a própria ferramenta de moldagem. Esses suportes e elementos de suporte são feitos de muitas ligas diferentes de aço, incluindo aços inoxidáveis martensíticos. Um aço que é fabricado e comercializado pelo candidato com a marca registada RAMAX S® pertence a esse grupo e tem a seguinte composição nominal, em % por peso: 0,33 C, 0,35 Si, 1,35 Mn, 16,6 Cr, 0,55 Ni, 0,12 N, 0,12 S, em que o restante consiste em ferro e impurezas do fabrico do aço. O aço 2 padronizado mais proximamente comparável é AISI 420F. Aços deste tipo têm uma resistência adequada à corrosão, mas não têm uma microestrutura martensitica que é tão homogénea quanto o desejável, mas podem conter ferrite e pontos duros que se devem a martensite retida sem revenido, o que, por sua vez, pode ser explicado por uma certa tendência do aço para segregação. Em consequência, são necessários aperfeiçoamentos no que diz respeito a aços para suportes. Também é desejável que o mesmo aço, possivelmente com alguma modificação da composição, também seja útil para a própria ferramenta de moldagem.

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

Um objectivo da invenção consiste em fornecer um aço que, após têmpera e revenido, tenha uma estrutura mais uniforme do que o aço acima mencionado, essencialmente sem ferrite e/ou pontos no material que tenham uma dureza acentuadamente mais elevada.

Com a invenção também se pretende obter um ou mais dos seguintes efeitos:

Uma boa maquinabilidade.

Uma resistência adequada à corrosão.

Uma temperabilidade adequada, considerando a possibilidade de utilizar o aço para o fabrico de blocos de suporte feitos de placas que podem ter uma espessura até pelo menos 300 mm e, nalguns casos, uma espessura mesmo até 400 mm.

Uma ductilidade/tenacidade adequadas.

Uma dureza de 30 - 42 HRC, preferivelmente 38 - 40 HRC no estado de têmpera dura.

Uma boa capacidade de polimento, pelo menos de acordo com uma especificação preferida, com a finalidade de 3 também poder ser utilizado para ferramentas de moldagem que têm altos requisitos no que se refere à capacidade de polimento.

Os objectivos acima podem ser atingidos se o aço tiver a composição química que é apresentada nas reivindicações da patente adjuntas.

No que se refere à importância dos elementos separados e à sua interacção no aço, pode considerar-se que o seguinte se aplica sem comprometer a protecção da patente reivindicada a qualquer teoria específica. 0 carbono e o azoto são elementos muito importantes para a dureza e ductilidade do aço. 0 carbono também é um elemento promotor da temperabilidade importante. No entanto, o carbono liga-se ao crómio na forma de carbonetos de crómio (carbonetos M7C3) e, em consequência, pode enfraquecer a resistência do aço à corrosão. Assim, o aço pode conter no máximo 0,15% de carbono, preferivelmente máximo de 0,13% de carbono (neste texto refere-se sempre % por peso se nada for dito em contrário). Todavia, o carbono também tem alguns efeitos vantajosos, tais como existir conjuntamente com azoto na forma de um elemento dissolvido na martensite com revenido com a finalidade de contribuir para a sua dureza, e também actua como estabilizador da austenita e, assim, contraria a ferrite na estrutura. Em consequência, a quantidade mínima de carbono presente no aço será 0,06%, preferivelmente pelo menos 0,07%. O azoto contribui para uma distribuição mais uniforme e mais homogénea de carbonetos e carbonitretos ao afectar as condições de solidificação no sistema da liga, de modo que 4 agregados maiores de carbonetos são evitados ou são reduzidos durante a solidificação. A proporção de carbonetos M23 C6 também é reduzida a favor de M(C,N) , isto é, carbonitretos de vanádio, o que tem um impacto favorável na ductilidade/tenacidade. Em resumo, o azoto contribui para um processo de solidificação mais favorável implicando carbonetos e nitretos menores, que podem ser desintegrados durante a manipulação para se obter uma fase mais finamente dispersa. Por estes motivos, o azoto estará presente numa quantidade de pelo menos 0,07%, preferivelmente pelo menos 0,08%, mas não superior a 0,22%, preferivelmente no máximo 0,15%, ao mesmo tempo que a quantidade total de carbono e azoto satisfará a condição 0,16 ^ C + N ^ 0,26. Preferivelmente, C + N será pelo menos 0,17%, mas adequadamente no máximo 0,23%. Nominalmente, o aço contém 0,20 - 0,22 (C + N). No aço temperado e revenido, o azoto está substancialmente dissolvido na martensite na forma de azoto-martensite em solução sólida e, desse modo, contribui para a dureza desejada.

Em resumo, no que se refere ao teor de azoto, pode afirmar-se que o azoto estará presente na referida quantidade minima com a finalidade de contribuir para a resistência à corrosão desejada ao aumentar o denominado valor PRE da matriz do aço, de existir como elemento dissolvido na martensite temperada, o que contribui para a dureza da martensite, e de formar carbonitretos, M(C,N), num grau desejado juntamente com carbono, mas não excedendo o referido teor máximo e maximizando o teor de carbono + azoto, em que o carbono é o factor contributivo mais importante para a dureza. 5 0 silício aumenta a actividade do carbono do aço e, desse modo, a tendência para precipitar mais carbonetos primários. Este é um primeiro motivo pelo qual é desejável que o aço tenha um baixo teor de silício. Suplementarmente, o silício é um elemento estabilizador de ferrite, o que é uma característica desvantajosa do silício. Uma vez que o aço também conterá os elementos estabilizadores de ferrite crómio e molibdénio em quantidades suficientes para esses elementos conferirem efeitos desejáveis, ao mesmo tempo que o aço contém um teor de carbono mais baixo do que o convencional em aços para a aplicação em questão, o teor de silício deve ser restringido de modo que a matriz do aço não contenha ferrite. Em consequência, o aço não deve conter mais de 1% Si, preferivelmente no máximo 0,7% Si, adequadamente no máximo 0,5% Si e muito convenientemente um teor de silício ainda mais baixo. Em geral, deve aplicar-se a regra segundo a qual os elementos estabilizadores de ferrite devem ser adaptados aos estabilizadores da austenita de modo a evitar a formação de ferrite no aço. No entanto, o silício existe como resíduo do tratamento de desoxidação, por conseguinte, o teor óptimo de silício situa-se na gama 0,05 - 0,5%, normalmente na gama 0,1 -0,4%, sendo nominalmente cerca de 0,2 - 0,3%. O manganês é um elemento que promove a austenita e temperabilidade, o que é um efeito favorável do manganês, e também pode ser empregue para a refinação de enxofre ao formar no aço sulfuretos de manganês inofensivos. Em consequência, o manganês estará presente numa quantidade mínima de 0,1%, preferivelmente pelo menos 0,3%. Contudo, o manganês tem uma tendência para segregação juntamente com fósforo, o que poderá dar origem a fragilização do revenido. Consequentemente, o manganês não deverá estar 6 presente numa quantidade que exceda 2%, preferivelmente no máximo 1,5%, adequadamente no máximo 1,3%. 0 crómio é o principal elemento constituinte da liga do aço e é essencialmente responsável por proporcionar ao aço o carácter inoxidável, o que é uma caracteristica importante de suportes e elementos de suporte para ferramentas de moldagem de plásticos, bem como para a própria ferramenta de moldagem de plásticos que, muitas vezes, é utilizada em ambientes húmidos, podendo enferrujar aços menos resistentes à corrosão. 0 crómio também é o elemento promotor de temperabilidade mais importante do aço. No entanto, não há quantidades substanciais de crómio ligadas na forma de carbonetos porque o aço tem um teor de carbono comparativamente baixo e, por esse motivo, o aço pode ter um teor de crómio de apenas 12,5% e ainda assim conferir uma resistência à corrosão desejada. Todavia e preferivelmente, o aço contém pelo menos 13,0% de crómio. O limite superior é determinado, em primeiro lugar, pela tendência de formação de ferrite do crómio. Assim, o aço não deverá conter mais de, no máximo, 14,5% Cr, preferivelmente no máximo 14,0% Cr. Nominalmente, o aço deverá conter 13,1 - 13,7% Cr. O niquel deve estar presente no aço numa quantidade mínima de 0,8%, preferivelmente pelo menos 1,0%, para conferir ao aço uma temperabilidade muito elevada. No entanto, por motivos económicos, o teor deve limitar-se ao máximo de 2,5%, preferivelmente ao máximo de 2,0%. Nominalmente, o aço contém 1,4 - 1,8% ou cerca de 1,6% Ni. 7

Opcionalmente, o aço da invenção também pode conter um teor activo de vanádio de modo a proporcionar uma têmpera secundária, por precipitação de carbonetos secundários, em conexão com a operação de revenido, em que a resistência ao revenido é aumentada. 0 vanádio, quando está presente, também actua como inibidor do crescimento de grãos através da precipitação de carbonetos MC. Contudo, se o teor de vanádio for demasiado elevado, formar-se-ão grandes carbonitretos MC primários durante a solidificação do aço, e isto também ocorre se o aço for sujeito a refusão ESR, cujos carbonetos primários não se dissolverão durante o processo de têmpera. Para se obter a têmpera secundária desejada e para proporcionar uma contribuição favorável para a inibição do crescimento de grãos, mas simultaneamente evitando a formação no aço de grandes carbonitretos sem capacidade de dissolução, o teor opcional de vanádio deverá situar-se na gama 0,07 - 0,7% V. Um teor adequado é 0,10 - 0,30% V, nominalmente cerca de 0,2% V.

Preferivelmente, o aço também contém um teor activo de molibdénio, por exemplo, pelo menos 0,1%, para conferir um efeito promotor da temperabilidade. O molibdénio presente até uma quantidade de pelo menos 1,0% também promove a resistência à corrosão, mas também exercer esse efeito se o teor for mais elevado. No processo de revenido, o molibdénio também contribui para aumentar a resistência do aço ao revenido, o que é favorável. Por outro lado, um teor demasiado elevado de molibdénio pode dar origem a uma estrutura de carbonetos desfavorável ao provocar uma tendência para a precipitação de carbonetos fronteiriços em grão e segregações. Além disso, o molibdénio é estabilizador de ferrite, o que é desfavorável. Em consequência, o aço terá um teor equilibrado de molibdénio 8 de modo a tirar partido dos seus efeitos favoráveis mas, ao mesmo tempo, evitar aqueles que são desfavoráveis. Preferivelmente, o teor de molibdénio não deverá exceder 1,7%. Um teor óptimo poderá situar-se na gama 0,1 - 0,9%, provavelmente na gama 0,4 - 0,6% Mo.

Normalmente, o aço não contém tungsténio em quantidades superiores ao nível de impurezas, mas possivelmente poderá ser tolerado em quantidades até 1%.

Deverá ser possível distribuir o aço da invenção no seu estado de têmpera dura, o que possibilita o fabrico de suportes e ferramentas de moldagem de grandes dimensões por operações de usinagem. A têmpera é efectuada por austenização a uma temperatura de 850 - 1000°C, preferivelmente a 900 - 975°C, ou a cerca de 950°C, seguida de arrefecimento em óleo ou num banho de polímero, por arrefecimento em gás num forno de vácuo ou ao ar. O revenido de alta temperatura para se obter um material de têmpera dura com uma dureza de 30 - 42 HRC, preferivelmente 38 - 41 ou cerca de 40 HRC, que é adequado para operações de usinagem, é efectuado a uma temperatura de 510 - 650°C, preferivelmente a 520 - 540°C, durante pelo menos uma hora, preferivelmente por revenido duplo; duas vezes durante duas horas. Como alternativa, o aço pode ser submetido a revenido a baixa temperatura a 200 - 275°C, por exemplo, a cerca de 250°C, para se obter uma dureza de 38 - 42 ou cerca de 40 HRC.

De acordo com uma especificação preferida, o aço também pode conter um teor activo de enxofre, possivelmente em combinação com cálcio e oxigénio, com a finalidade de melhorar a maquinabilidade do aço no seu estado de têmpera 9 dura. Para obter o melhor efeito em termos da melhoria da maquinabilidade, o aço deverá conter pelo menos 0,07% S se o aço não contiver também uma quantidade adicionada intencionalmente de cálcio e oxigénio, e pelo menos 0,035%, respectivamente, se o aço também contiver uma quantidade activa de cálcio e oxigénio. O teor máximo de enxofre do aço é 0,25% quando a liga do aço tiver intencionalmente um teor de enxofre. Um teor de enxofre adequado neste caso poderá ser 0,12%. Contudo, também pode conceber-se uma variante do aço sem enxofre.

Neste caso, o aço não contém enxofre acima do nivel de impurezas e esse aço também não contém nenhum teor activo de cálcio e/ou oxigénio.

Assim, é concebível que o aço possa conter 0,035 -0,25% S em combinação com 3 - 100 ppm por peso Ca, preferivelmente 5-75 ppm Ca, adequadamente no máximo 40 ppm Ca, e 10 - 100 ppm O, em que esse cálcio, que pode ser fornecido na forma de silício-cálcio, CaSi, para transformar em glóbulos sulfuretos existentes formando sulfuretos de cálcio, contraria a tendência dos sulfuretos para adquirirem uma forma alongada não desejada, que poderia enfraquecer a ductilidade. O aço da invenção pode ser fabricado convencionalmente à escala de produção por fabrico de um fundido metálico do modo normal, em que esse fundido tem uma composição química de acordo com a invenção, e moldando o fundido em grandes lingotes ou moldando o fundido continuamente. Também é possível moldar eléctrodos do metal fundido e depois fundir novamente os eléctrodos utilizando Refusão com Electroescória (ESR). Também é possível fabricar lingotes 10 de forma metalúrgica em pó por atomização com gás do fundido de modo a produzir um pó, que depois é compactado utilizando uma técnica que pode compreender compressão isostática a quente, denominada "HlPing", ou, em alternativa, fabricar lingotes através de formação por pulverização.

Outras caracteristicas, aspectos e particularidades do aço de acordo com a invenção, e a sua utilidade para o fabrico de suportes e ferramentas de moldagem, serão explicados mais pormenorizadamente no que se segue através de uma descrição de experiências realizadas e resultados obtidos.

DESCRIÇÃO BREVE DAS FIGURAS

Na descrição seguinte de experiências realizadas e resultados atingidos far-se-á referência às figuras adjuntas, nas quais:

Fig. 1 Fig. 2A Fig. 2B Fig. 3A mostra um bloco de suporte de concepção típica que pode ser fabricado com o aço de acordo com a invenção; é um gráfico que mostra a dureza de um primeiro conjunto de aços, produzidos na forma dos denominados lingotes Q (cargas de fusão laboratoriais de 50 kg), após a têmpera mas antes do revenido, versus a temperatura de austenização a um tempo de permanência de 30 minutos, mostra gráficos correspondentes para outro número de aços testados fabricados como lingotes Q, mostra curvas de revenido para os aços do primeiro conjunto que foram temperados a partir de 1030°C, 11 11 Fig .

Fig.

Fig. Fig.

Fig. 3B mostra a gama de temperaturas do revenido 500 -550 °C das curvas do revenido da Fig. 3A numa escala maior, 3C mostra curvas de revenido na gama de temperaturas do revenido 500 - 550°C para os aços suplementares testados cuja dureza versus temperatura de austenizaçâo foi apresentada na Fig. 2B, 4 é um gráfico que mostra curvas de temperabilidade para os aços que foram testados como dito acima, 5 é um gráfico de barras que ilustra resultados da realização de testes de tenacidade ao impacto dos aços mencionados acima, e 6A e Fig. 6B são gráficos de barras que ilustram a densidade de corrente critica, ler, medida quando se testou a corrosão em amostras que tinham sido lentamente arrefecidas num forno de vácuo a duas velocidades de arrefecimento diferentes desde a temperatura de austenizaçâo e que, em seguida, tinham sido submetidas a revenido a alta temperatura para cerca de 40 HRC.

EXAME DE AÇOS FABRICADOS À ESCALA LABORATORIAL A Fig. 1 mostra um bloco de suporte 1 de concepção típica que será possível fabricar com o aço de acordo com a invenção. No bloco 1 há uma cavidade 2 que acomodará uma ferramenta de moldagem, habitualmente uma ferramenta de moldagem de plásticos. O bloco 1 tem dimensões consideráveis e a cavidade 2 é grande e profunda. Em consequência, surgem alguns requisitos diferentes para o material de acordo com a invenção, isto é, uma temperabilidade adequada relativamente à espessura considerável do bloco e boa capacidade para ser submetido a 12 usinagem com ferramentas de corte, como fresas e perfuradoras.

Material

Fabricaram-se, em quatro rondas, 17 lingotes Q (cargas de fusão laboratoriais de 50 kg) com composições de acordo com a Tabela I. Na primeira ronda (Q9043-Q9080), fabricaram-se lingotes com composições quimicas numa gama ampla; por exemplo, testaram-se variantes com teores comparativamente elevados de azoto. Verificou-se que a liga com as caracteristicas mais interessantes foi Q9068, isto é, com teores de carbono situados na gama média de cerca de 0,10% e com teores moderados de azoto.

Na segunda ronda (Q9129-Q9132) tentámos optimizar as caracteristicas que obtivemos com Q9068. Variou-se ligeiramente o teor de carbono, adicionou-se vanádio para obter uma dimensão mais fina dos grãos e diminuiu-se o teor de niquel para uma das variantes.

Na terceira ronda (Q9129-Q9139) testámos variantes com teores maiores de enxofre.

Numa quarta ronda testámos apenas dois aços, Q9153 e Q9154, para avaliar as relações entre carbono e azoto.

Os aços Q9043 e Q9063 são materiais de referência. Q9043 tem uma composição de acordo com SIS2314 e AISI 420, ao passo que Q9063 corresponde a W. Nr. 1.2316.

Os lingotes Q foram forjados com a configuração de varetas de dimensões 60 x 40 mm e depois as varetas foram arrefecidas em vermiculite. 13

Tabela I - Materiais de teste; composição química em % por peso, o restante consiste em Fe e impurezas inevitáveis

Lingote Q C N Si Mn Cr V Ni Mo S Q9043 0,36 0,026 0,83 0,47 13, 9 0,32 0,18 0,12 n.a. Q9063 0,37 0,12 0,17 0,55 15,7 0,8 1,19 n.a. Q9064 0,77 0,18 0,14 1,35 16,7 0,3 1,61 0,44 n.a. Q9065 0,20 0,16 0,185 1,29 15,7 0,15 1,56 0,74 n.a. Q9067 0,11 0,063 0,18 1,1 12,3 0,73 0,33 n.a. Q9068 0,11 0,059 0,17 1,06 13,4 0,067 2,1 0,75 n.a. Q9069 0,075 0,084 0,15 1,01 12,4 0,076 0,75 0,34 n.a. Q9070 0,076 0,085 0,18 1,14 13,8 0,06 0,74 0,32 n.a. Q9080 0,15 0,17 0,21 1,26 16 0,12 1,56 0,75 n.a. Q9129 0,097 0,087 0,16 1,06 12,8 0,2 1,6 0,22 n.a. Q9131 0,11 0,088 0,15 1,07 12,7 0,19 0,86 0,22 n.a. Q9132 0,14 0,094 0,14 1,11 12,7 0,19 1,61 0,22 n.a. Q9135 0,19 0,039 0,12 0, 93 13,4 0,27 1,02 0,21 0,07 Q9136 0,07 0,091 0,15 1,17 14,9 0,22 1,04 0,21 0,075 Q9139 0,12 0,092 0,17 1,23 14,2 0,20 1,06 0,22 0,14 Q9153 0,12 0, 10 0,14 0,81 12,7 0,20 1,58 0,24 0,0059 Q9154 0,06 0, 14 0,17 0,88 12,5 0,21 1,53 0,21 0,0053 n.a. = não analisado

Dureza após tratamento térmico A dureza versus a temperatura de austenização está apresentada na Fig. 2A e Fig. 2B. Dos gráficos destas figuras é evidente que a dureza aumenta com o aumento da temperatura de austenização para alguns aços com um teor mais elevado de carbono, tais como para Q9043, Q9063, Q9103, Q9104 e Q9135. Nestes casos, 1030°C é uma temperatura de austenização que poderá ser apropriada. Para outros aços, a dureza diminui ou permanece constante com o aumento da temperatura de austenização. Nesse caso poderá ser mais apropriado escolher 950°C como temperatura de austenização. A dureza após o revenido daqueles aços que tinham sido temperados a partir de 1030°C está apresentada na Fig. 3A e 14

Fig. 3B, ao passo que todas as curvas do revenido para os lingotes Q 9129-9154 que tinham sido temperados a partir de 950°C estão apresentadas no diagrama da Fig. 3C. Das curvas do revenido pode concluir-se que todos os aços podem ser submetidos a revenido para 40 HRC por revenido na gama de temperaturas 520 - 600°C.

Uma dureza apropriada do aço após têmpera dura é cerca de 40 HRC. Na Tabela II abaixo apresentam-se os tratamentos térmicos que conferem essa dureza aos diferentes aços.

Tabela II - Tratamento térmico para austenita medida em repouso e com têmpera dura, percentagem por volume

Lingote Q H: Tratamento térmico Austenita em repouso 9083 1030*036 min + 550*02x2 h 0 9084 1030*0/30 mín ♦ 550*02x2 h 13 9065 1030*030 min + 550*C/2x2 h 2.3 9087 1030*030 min <· 525*02x2 h 0 9068 1030*030 min + 525*02x2 n 0 9069 1030*030 mi rt + 525*02x2 h 0 9070 1630*07-30 min + 525*02x2 ii 0 9080 1030*030 min ♦ 550*0/2x2 h 6.4 9104 1030*030 mirt + 550*02x2 h 0 9129" 950 :C.'30 mm + 525':C/2x2 h 0 9:3r 950 »030 min + 525*02x2 h+ 535/2h 0 9132* 95Q *030 rnin + 525=02x2 h - 535/20 0 9135" 950*030 min ♦ 525*02x2 h 0 9136* 950*030 min + 525*026 ♦ 50Q/2h 0 9139* 95G*C/30 min 525*02x2h Q 9153"' 950*030 min+ 535*C/2x2h 0 9154 95CPO30 min + 540*O2x2h Hão medido * 18/5=1984¾ *,y £8/5-1 (t8/5 corresponde ao terço de arrefecimento de uma amostra de 800 para 500*C)

Temperabilidade 15 A dureza após a têmpera a partir das temperaturas de austenização que estão apresentadas na Tabela II, a partir de cujas temperaturas as amostras foram arrefecidas a velocidades diferentes, está apresentada nas curvas de temperabilidade da Fig. 4.

Testes de tenacidade ao impacto

Efectuaram-se, à temperatura ambiente, testes de tenacidade ao impacto de espécimes de teste sem entalhes, valores médios para quatro até seis varetas de teste de cada aço. Os tratamentos térmicos e velocidades de arrefecimento que foram empregues para os diferentes aços estão apresentados na Tabela III. Os resultados são revelados no gráfico de barras da Fig. 5. Deste gráfico pode reconhecer-se que algumas variantes, como Q9067, 9068, 9069, 9129, 9131, 9132 e Q9135, têm uma ductilidade muito elevada, > 350 J, e que as varetas de teste não sofreram rupturas, mas também que alguns outros aços, incluindo, por exemplo, o aço Q9154, têm ductilidade consideravelmente melhor do que os aços de referência, Q9063 e 9043, que se situam no nivel de 180-200 J.

Tabela III

Lingote Q H° Tratamento térmico °C Velocidade de arrefecimento tS/5 <s) 9043 1030/30+560/211+550¾ 2093 9063 1030/30+570/211+560/20 2093 9064 §50/30+560/2x211 2093 16 (Continuação)

Lingote Q H° Tratamento térmico °C Velocidade de arrefecimento t8/5 (s) 9065 950/30+55G/2x2h 2093 9067 950/30+525/2x2h 2093 9068 350/30+525/2x2h 2093 9069 95Q/30+525/2x2h 2093 9070 95G/30+525/2x2h 2093 9080 950/30+550/2x2h 2093 9129 950/30+525/2x2h 1969 9131 950/30+525/2x2h+535/2h 1969 9132 950/3 0+525/2x2h+535/2H 1969 9135 950/30+525/2x2h 1964' 9136 950/30+525/2x2h+500/2h 1964 9139 950/30+525/2x2h 1964 9153 950/30+535/2x2h 1985 9154 950/30+540/2x2h 1863

Testes de corrosão

Numa primeira ronda de testes, estabeleceram-se curvas de polarização para os aços apresentados na Tabela IV em termos da densidade de corrente critica, ler, para avaliar a resistência à corrosão dos aços. No que se refere a este método de medição, a regra é que quanto menor for a ler melhor é a resistência à corrosão. As investigações foram realizadas em duas séries de testes em que os espécimes de teste foram sujeitos a diferentes velocidades de arrefecimento. Os tratamentos térmicos da primeira série estão apresentados na Tabela IV. 17

Tabela IV - Tratamento térmico de espécimes de teste de polarização. Arrefecimento em forno de vácuo.

Lingote Q H- Tratamento térmico T8/5 (s) Iiureza (HRC) 9063 1030 'C/3Qmsn + 570 4C/2x2h 860 40,8 9064 1030 JC/30mm + 600 *C/2x2h 860 40,5 9065 1030 ’C/3Qmin + 5S0 °C/2x2h 860 40,0 9067 1030 *C/30mín + 525 *C!2x2h + 535 °&i h 860 38 906S 1030 *C/30imsn + 525 X/2x2h 860 40,1 9069 1030 eC/3Qm!n + 525 eC/2x2h + 535 eC/1 h 860 40 9070 1030 sC/30min + 525 eC/2x2h + 535 X/i h 860 39 9080 1030 X/SOmir + 565 X/2h + 550 X/2h 860 40, 6 9129 950 °C/30mín + 525 sC/2h + 535 72h 876 39;7 9131 950 X/30mm + 525 X/2h + 535 »C/2h 876 40,2 9132 950 *C/30min + 535 =C/2x2h 876 39,7 9153 950 X/30min + 535 X/2x2h 957 39,4

Os resultados desta primeira ronda de testes são evidentes do gráfico de barras da Fig. 6A. Deste gráfico de barras é evidente que cinco aços exibiram melhor resistência à corrosão do que o material de referência, Q9063, nomeadamente Q9068, Q9070, Q9129, Q9132 e Q9153.

Numa segunda ronda de testes empregaram-se velocidades de arrefecimento t8/5 ainda mais baixas, ver a Tabela V e Fig. 6B. 18

Tabela V - Tratamento térmico de espécimes de teste de polarização. Arrefecimento em forno de vácuo.

Lingote Q H* Tratamento térmico 18/5 (s) Dureza (HRC-) 9063 1Q3Q~C/30m:in + 57GT/2x2h 1830 38,9 9104 iOSre/SOmiin + 5704C/2x2h 1880 40 j 1 9129 950íC/30mfn + 525*C/2x2h 1969 40.-6 9131 950°C/'30mtn + 525*C/2x2h4 535°C/2h 1969 39.-6 9132 950X/30min + 525X/.2v2h + 535°C/2h 1969 40,1 9135 95QX/3Qmtn + 525X/2+2fl 1964 40 í 9 9136 95QX/30mín + 52TC/2h + S00*C/2h 1964 39 f.O 9139 950°C/30min + 525""C/2x2h 1964 42.1 9153 950°C/30min + 535°C/2x2h 1885 43.-3 9154 950eC/30min + 54Q;iC/2x2h 1863 39.0 A Fig. 6B ilustra que as melhores resistências à corrosão foram observadas para as amostras de Q9063, 9129, 9153 e 9154.

Discussão

Na revelação introdutória da invenção listaram-se alguns objectivos da invenção. Para além de boa maquinabilidade, o aço também deverá ter boa ductilidade, boa resistência à corrosão e boa temperabilidade. Pode afirmar-se que um objectivo é que o aço, para além de boa maquinabilidade, tenha melhor ductilidade, resistência à corrosão e temperabilidade do que o aço Q9063. Quatro aços satisfazem esses critérios, nomeadamente Q9068, Q9129, Q9153 e Q9154, que têm uma composição bastante semelhante, apesar do aço Q9154 ter um teor de azoto mais elevado e um teor de carbono mais baixo. Com base nestas experiências, pode presumir-se que uma composição óptima pode ser a 19 seguinte, nomeadamente 0,10 C, 0,075 N, 0,16 Si, 1,1 Mn, 13,1 Cr, 0,13 V, 1,8 Ni, 0,5 Mo, em que o restante consiste em Fe e impurezas inevitáveis. Uma alternativa pode ser um aço que contenha 0,06 C e 0,14 Ni, com o restante da composição igual à anterior. Outras alternativas composições nominais adequadamente concebíveis - podem ser as seguintes: 0,12 C, 0,20 Si, 1,30 Mn, 0,10 S, 13,4 Cr, 1,60 Ni, 0,50 Mo, 0,20 V, 0,10 N, em que o restante consiste em Fe e impurezas inevitáveis, e/ou 0,14 C, 0,18 Si, 1,30 Mn, 0,10 S, 13,5 Cr, 1,67 Ni, 0,50 Mo, 0,22 V, 0,10 N, em que o restante consiste em Fe e impurezas inevitáveis.

FABRICO DE AÇO À ESCALA DE PRODUÇÃO

Preparou-se uma carga de fusão de 35 toneladas de metal fundido num forno de arco voltaico. Antes da descarga, o fundido tinha a seguinte composição química: 0,15 C, 0,18 Si, 0,020 P, 0,08 S, 13,60 Cr, 1,60 Ni, 0,48 Mo, 0,20 V, 0,083 N, em que o restante consistia em Fe e impurezas inevitáveis. A partir do fundido fabricaram-se lingotes que foram forjados com a configuração de varetas planas de dimensões variáveis. A forja não causou problemas. As varetas forjadas foram submetidas a têmpera dura, para uma dureza de cerca de 380 HB, por austenização a 950°C, tempo de permanência de 2 horas, arrefecimento rápido ao ar e revenido a 540°C, 2x2 horas. As varetas de têmpera dura produzidas deste modo foram submetidas a usinagem para calibres finais.

Lisboa, 4 de Abril de 2007

Claims (4)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Liga de aço com uma composição química que contém, em % por peso: 0,06 - 0,15 C 0,16 < C + N < 0,26 0,1 - 1,0 Si 0,1 - 2,0 Mn 12,5 - 14,5 Cr 0,8 - 2,5 Ni 0,1 - 1,5 Mo opcionalmente vanádio até ao máximo de 0,7 V opcionalmente um ou mais dos elementos S, C e O, para melhorar a maquinabilidade do aço, em quantidades até máximo de 0,25 S, máximo de 0,01 (100 ppm) Ca, máximo de 0,01 (100 ppm) 0, em que o restante consiste em ferro e impurezas inevitáveis. 2. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter 0,07 - 0,13 C. 3. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter 0,08 - 0,15 N. 4. Liga de aço de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1-3 , caracterizada por a quantidade total de C + N satisfazer a condição 0,17 < C + N < 0,23. 5. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter 0,1 - 0,7 Si, preferivelmente no máximo 0,5 Si. 2

6. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 5, caracterizada por conter 0,1 - 0,4 Si. 7. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter no máximo 1,5 Mn, preferivelmente no máximo 1,3 Mn. 8. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter 13,0 - 14,0 Cr. 9. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 8, caracterizada por conter 13,1 - 13,7 Cr. 10. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter 1,0 - 2,0 Ni. 11. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 10, caracterizada por conter 1,4 - 1,8 Ni. 12. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter 0,1 - 0,9 Mo. 13. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 12, caracterizada por conter 0,4 - 0,6 Mo. 14. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter pelo menos 0,07 V. 15. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 14, caracterizada por conter pelo menos 0,10 V. 16. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 15, caracterizada por conter 0,10 - 0,30 V. 3

17. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por conter no máximo 0,15 S. co τ—1 Liga de aço de acordo com a Reivindicação 17, caracterizada por conter 0,08 - 0,12 S. 19. Liga de aço de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por não conter S, Ca nem 0 acima do nível de impurezas. 20. Liga de aço de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por conter: 0,06 - 0,13 C 0,08 - 0,15 N 0,1 - 0,4, preferivelmente 0,2 - 0,3 Si 0,2 - 1,3 Mn 12,5 - 13,6 Cr 0,1 - 0,3 V 0,2 - 0,8 Mo 1,4 - 1,8 Ni

21. Suportes e elementos de suporte para ferramentas de moldagem de plásticos, caracterizados por consistirem numa liga de aço de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 - 20. Lisboa, 4 de Abril de 2007