Acero A2 y tratamiento térmico: una guía completa

El tratamiento térmico no es simplemente un paso opcional para Acero A2Es necesario desarrollar la combinación específica de alta dureza, resistencia al desgaste y tenacidad necesaria para su uso eficaz como material para herramientas y matrices. Sin un tratamiento térmico adecuado, el acero A2 carecería de la resistencia y durabilidad necesarias para un rendimiento fiable en entornos de fabricación exigentes, lo que provocaría fallos prematuros y un aumento de los costes de producción. Por lo tanto, seguir un ciclo de tratamiento térmico bien definido y controlado es fundamental para maximizar la vida útil y el rendimiento de los componentes fabricados con acero para herramientas A2.

A2 Propiedades mecánicas y rendimiento

Las propiedades mecánicas del acero A2 dependen en gran medida de su condición de tratamiento térmico.

Condición recocida: Maquinabilidad

Antes del endurecimiento, en el recocido En estado A2, ofrece buena maquinabilidad. Su clasificación es de aproximadamente 60%, en comparación con un acero al carbono para herramientas de 1% (clasificado en 100%). Esto facilita el conformado inicial y la fabricación de herramientas. Los aceros para herramientas recocidos generalmente tienen menor dureza y resistencia que en su estado templado.

Estado templado y revenido: el equilibrio óptimo

El verdadero rendimiento de A2 se consigue tras un tratamiento adecuado. temple y revenidoEste proceso desarrolla una fuerte combinación de:

• Resistencia al desgaste: El A2 ofrece una muy buena resistencia al desgaste, superior a la de los aceros resistentes a los golpes (como la serie S).
• Tenacidad: Mantiene una buena tenacidad (resistencia a la fractura), mejor que los aceros con alto contenido de cromo y alto desgaste como D2Esta combinación lo hace duradero en aplicaciones que enfrentan tanto desgaste abrasivo como impacto moderado.
• Dureza: Una dureza de trabajo típica de 58-60 horas de duración Se puede lograr tras el endurecimiento (p. ej., a partir de 968 °C) y el temple al aire. El acero A2 puede endurecerse completamente en secciones de hasta aproximadamente 114 mm (4,5 pulgadas).
• Estabilidad dimensional: Gracias a su capacidad de endurecimiento al aire, el acero A2 presenta una buena estabilidad dimensional durante el tratamiento térmico. El cambio de tamaño es relativamente pequeño y predecible (aproximadamente +0,001 pulg./pulg. o +0,101 TP3T), lo que simplifica el proceso de obtención de las dimensiones finales de la herramienta.
• Seguridad en el endurecimiento: A2 es conocido por su confiabilidad y seguridad durante el proceso de endurecimiento, minimizando riesgos en comparación con métodos de temple más exigentes.

Consideraciones sobre las propiedades torsionales

• Resistencia y ductilidad: Cuando se endurece, la resistencia a la torsión del A2 generalmente excede la del Acero para herramientas O1, alcanzando su máximo rendimiento tras un revenido a baja temperatura (alrededor de 150 °C). Cabe destacar que, a diferencia del O1, su ductilidad torsional no disminuye significativamente a estas bajas temperaturas de revenido.
• Energía de impacto: Tenga en cuenta que la energía de impacto torsional puede ser mínima al templar a unos 260 °C (500 °F). Este rango de temperatura puede evitarse si la aplicación implica una carga de impacto torsional significativa. Sin embargo, la energía de impacto sin entalla suele ser buena cuando el acero A2 se templa para obtener una dureza alta.

Guía de tratamiento térmico del acero para herramientas A2

Lograr el rendimiento y la longevidad óptimos del acero para herramientas A2 depende completamente de un tratamiento térmico preciso y correctamente ejecutado. Como especialista en acero para herramientas con más de 20 años de experiencia en forja, Aobo Steel ofrece esta guía que describe los pasos esenciales para procesar el acero A2 eficazmente. El cumplimiento de estos procedimientos es fundamental para obtener la dureza, tenacidad y estabilidad dimensional deseadas.

Precalentamiento

El precalentamiento es el primer paso esencial antes de endurecer el acero A2.

Objetivo:

• Minimice el choque térmico al someter el acero a temperaturas de austenización más altas. Esto es especialmente importante para componentes con variaciones significativas de espesor.
• Acondicionar la microestructura del acero para las próximas transformaciones de fase.
• Alivio de tensiones residuales inducidas durante la fabricación o el mecanizado.

Procedimiento:

• Calentar el acero A2 uniformemente hasta aproximadamente 1200 °F (650 °C).
• Asegúrese de que toda la pieza alcance esta temperatura antes de continuar con el paso de austenización.

Austenitización (endurecimiento)

Esta etapa transforma la estructura del acero en austenita, disolviendo el carbono y los elementos de aleación clave en la solución, lo cual es necesario para el endurecimiento.

Procedimiento:

• Calentar el acero desde la temperatura de precalentamiento hasta el rango de temperatura de endurecimiento de 1750 °F a 1800 °F (955 °C a 980 °C)Un objetivo común es 1775 °F (970 °C).
• Tiempo de remojo: Mantener el acero a la temperatura de austenización seleccionada durante 1 hora por pulgada (25 mm) de su sección transversal más gruesa. Un remojo adecuado es crucial para una transformación completa.
• Control de la atmósfera: Para evitar la descarburación superficial (pérdida de carbono, que reduce la dureza superficial), realice la austenización en un entorno controlado. Las opciones incluyen:
  • Horno de atmósfera neutra
  • horno de vacío
  • Baño de sal neutra
  • Envolver la pieza de forma segura en una lámina de acero inoxidable también es un método común y eficaz de protección.

Temple

El A2 es un acero para herramientas de temple al aire. Esto significa que alcanza su dureza enfriándose al aire después de la austenización.

Procedimiento:

• Sacar el acero del horno y dejarlo enfriar en aire quieto a temperatura ambiente.
• El enfriamiento transforma la austenita en martensita, la microestructura dura responsable de la resistencia al desgaste de A2.
• Asegúrese de que la velocidad de enfriamiento sea suficiente para evitar la formación de fases más blandas, especialmente en el núcleo de secciones más grandes.
• Resultado esperado: La dureza después del temple normalmente alcanza ~64 HRCSin embargo, el acero en este estado es muy frágil y contiene tensiones internas.
• Cambio dimensional: Se espera una expansión de aproximadamente 0,001 pulg./pulg. (0,001 mm/mm) Durante el temple. Tenga en cuenta que las geometrías complejas pueden provocar cierta distorsión.

Templado

El temple es un obligatorio Paso inmediatamente posterior al temple. Reduce la fragilidad y las tensiones internas, aumentando significativamente la tenacidad del acero.

Procedimiento:

• Doble temple: A doble temple Se recomienda encarecidamente el tratamiento para el acero A2. Esto garantiza el máximo alivio de tensiones, la estabilidad microestructural y la transformación de la austenita retenida (austenita no transformada que queda después del temple), lo cual es fundamental para la estabilidad dimensional en servicio.
• Temperatura: Seleccione la temperatura de revenido en función del equilibrio final deseado de dureza y tenacidad, normalmente entre 375 °F y 1000 °F (190 °C a 540 °C)Las temperaturas más bajas producen mayor dureza, pero menor tenacidad; las temperaturas más altas aumentan la tenacidad, pero reducen la dureza. La práctica común implica un primer revenido alrededor de... 400 °F (205 °C) y un segundo alrededor 375 °F (190 °C), pero se ajustan según los requisitos.
• Duración: Mantenga el acero a la temperatura de revenido elegida durante un mínimo de 2 horas por pulgada (25 mm) de la sección más delgada para cada Ciclo de revenido. Deje que la pieza se enfríe completamente a temperatura ambiente entre revenidos.

Alivio del estrés

El alivio de tensión se puede aplicar en diferentes etapas para minimizar el riesgo de distorsión y agrietamiento.

Alivio de tensiones de material no endurecido

• Si es necesario antes del endurecimiento (por ejemplo, después de un mecanizado pesado), caliente lentamente hasta 1200 °F–1250 °F (649 °C–677 °C).
• Remojar durante 2 horas por pulgada de espesor.
• Dejar enfriar lentamente, preferiblemente en el horno, hasta alcanzar temperatura ambiente.

Material endurecido para aliviar tensiones

• Esto se recomienda enfáticamente después de realizar operaciones en piezas endurecidas, como rectificado pesado, soldadura o mecanizado por descarga eléctrica (EDM).
• Templar la pieza a una temperatura aproximada 25°F a 50°F (14°C a 28°C) abajo la temperatura de revenido final utilizada anteriormente.

Consideraciones importantes

• Seguridad de endurecimiento: El acero A2 ofrece una buena seguridad en el endurecimiento y generalmente presenta menos distorsión que los aceros endurecidos en aceite.
• Atmósfera: Mantener la atmósfera correcta del horno durante la austenización es crucial para evitar efectos perjudiciales. oxidación y descarburación.
• Austenita retenida: Un temple inadecuado o un revenido insuficiente (especialmente omitiendo el segundo revenido) pueden dejar austenita retenida, lo que puede provocar inestabilidad dimensional posterior. El doble revenido soluciona esto eficazmente.

Efecto del tratamiento térmico en el acero A2

Por qué es importante el tratamiento térmico para el acero A2

El tratamiento térmico es un proceso fundamental para el acero para herramientas A2. Implica ciclos de calentamiento y enfriamiento cuidadosamente controlados. ¿Por qué lo hacemos? Para modificar la microestructura interna del acero. Este cambio controlado es la forma en que logramos las propiedades mecánicas específicas, como la dureza y la tenacidad, requeridas para aplicaciones exigentes. Comprender este proceso es clave para obtener el máximo rendimiento del acero A2.

Logrando la dureza

La forma principal de aumentar la dureza del acero A2 es a través de temple.

• El proceso: Esto significa calentar el acero a una temperatura específica. austenitizante Temperatura y luego enfriándolo rápidamente. Para el acero A2, al ser de temple al aire, este enfriamiento se realiza típicamente al aire.
• El resultado: El enfriamiento rápido transforma la estructura del acero en martensita, que es muy duro. El contenido de carbono del acero A2 influye directamente en la dureza máxima alcanzable.
• El desafío: Mientras que el acero es duro, directamente después del temple (recién extinguido) suele ser demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones de herramientas. Requiere mayor procesamiento.

Desarrollando la dureza

La dureza es importante, pero las herramientas también necesitan tenacidad: la capacidad de resistir astillamientos o roturas. Esto se logra mediante templado.

• El proceso: Después del enfriamiento, el acero se recalienta a una temperatura precisa por debajo de su punto crítico, se mantiene durante un tiempo específico y luego se enfría.
• El resultado: El revenido modifica la estructura frágil de la martensita, reduciendo la fragilidad y aumentando significativamente la tenacidad.
• El equilibrio: Existe un equilibrio directo controlado por la temperatura de templado.
  • Temperaturas de revenido más bajas dan como resultado una mayor dureza pero una menor tenacidad.
  • Temperaturas de revenido más altas aumenta la tenacidad pero disminuye la dureza.
  • Elegir la temperatura adecuada es fundamental para satisfacer las necesidades específicas de la herramienta. Gracias a nuestra experiencia, en Aobo Steel comprendemos la importancia de este equilibrio.

Garantizar la estabilidad dimensional

El tratamiento térmico implica cambios significativos de temperatura, que pueden provocar que el acero cambie de forma o tamaño. Controlar estabilidad dimensional es vital

• Los desafíos:
  • Calefacción/refrigeración desigual: Puede provocar deformaciones, distorsiones o incluso grietas, especialmente en piezas con formas complejas o secciones gruesas.
  • Tensiones de extinción: El enfriamiento rápido y los cambios en la estructura interna durante el enfriamiento crean tensiones internas que pueden provocar cambios dimensionales.
• Las soluciones:
  • Calentamiento uniforme: Los pasos de precalentamiento adecuados pueden ayudar a garantizar que la pieza se caliente de manera uniforme.Enfriamiento controlado: La naturaleza de endurecimiento por aire del A2 ayuda a reducir el choque térmico en comparación con el temple en aceite o agua.
  aceros. Aun así, podría ser necesario un flujo de aire controlado para secciones más grandes. Revenido: Este proceso también alivia algunas
  • tensiones internas introducidas durante el temple, mejorando la estabilidad.
  • Técnicas avanzadas: Métodos como el tratamiento térmico al vacío pueden ofrecer un control dimensional superior al eliminar reacciones superficiales como la oxidación y la descarburación.

Resumen: Adaptación de las propiedades del acero A2

En resumen, el tratamiento térmico del acero para herramientas A2 normalmente implica:

1. Austenitización: Calentar a la temperatura adecuada para transformar la estructura.
2. Temple: Enfriamiento por aire para lograr alta dureza mediante la formación de martensita.
3. Templado: Recalentamiento para equilibrar dureza y tenacidad y aliviar el estrés.