AÇO PARA FERRAMENTAS D3 | 1.2080 | skd1

3. Tratamento térmico

O abrangente aço para ferramentas D3 tratamento térmico O protocolo envolve quatro etapas principais: pré-aquecimento, austenitização (endurecimento), têmpera e revenimento. Cada etapa desempenha um papel vital na obtenção da estrutura metalúrgica e das propriedades mecânicas desejadas.

3.1 Pré-aquecimento

O pré-aquecimento é uma etapa preparatória crucial no ciclo de tratamento térmico do aço ferramenta D3, especialmente para aços do tipo D, como o D3, que têm condutividade térmica relativamente baixa.

• Finalidade: Suas principais funções são minimizar o choque térmico quando a ferramenta é submetida a altas temperaturas de austenitização, reduzindo assim o risco de distorção ou trincas. O pré-aquecimento também ajuda a aliviar algumas tensões residuais de operações de usinagem anteriores.
• Recomendação para aço D3: Recomendamos pré-aquecer o aço ferramenta D3 a uma faixa de temperatura de 650 a 705 °C (1200 a 1300 °F). Uma prática comum é manter a temperatura de 650 °C (1200 °F) por aproximadamente 10 a 15 minutos, ou até que a peça esteja uniformemente aquecida.
• Taxa de Aquecimento: Geralmente, é preferível uma taxa de aquecimento lenta e controlada. O aquecimento rápido pode criar diferenças significativas de temperatura entre a superfície e o núcleo da ferramenta, podendo levar a distorções ou rachaduras.

3.2 Austenitização (endurecimento)

Austenitização é a fase de endurecimento do núcleo do tratamento térmico do aço para ferramentas D3. Durante esta etapa, a microestrutura recozida (principalmente ferrita e carbonetos) é transformada em austenita, e carbonetos de liga essenciais são dissolvidos para desenvolver as características de dureza e desgaste do aço.

• Processo: Para o aço D3, que tem uma alta concentração de carbonetos de cromo, a austenitização é conduzida no campo bifásico de austenita-carboneto.
• Temperatura do aço D3: o aço ferramenta D3 é normalmente austenitizado a uma temperatura ligeiramente inferior à do D2, geralmente em torno de 960 °C (1760 °F). O D2, por outro lado, costuma ser tratado a 1020 °C (1870 °F).
• Tempo de retenção: O aço deve ser mantido na temperatura de austenitização por tempo suficiente para que o núcleo atinja a temperatura alvo e para que ocorra dissolução suficiente do carboneto, garantindo aquecimento uniforme em toda a seção transversal.
• Considerações Críticas: A austenitização adequada é vital para atingir alta dureza após a têmpera. O superaquecimento deve ser evitado, pois temperaturas excessivas podem levar à grossura do tamanho de grão, ao engrossamento dos carbonetos e ao aumento da austenita retida, o que impacta negativamente a tenacidade e a estabilidade dimensional. Utilizar atmosferas neutras, envoltórios de película protetora ou banhos de sal durante a austenitização é importante para evitar a descarbonetação ou a formação de incrustações na superfície.

3.3 Têmpera

Após a austenitização, têmpera é o processo de resfriamento controlado no tratamento térmico do aço ferramenta D3 projetado para transformar a austenita em martensita dura.

• Meio de têmpera para aço D3: Ao contrário de muitos outros aços do tipo D que são temperados ao ar, o aço para ferramentas D3 é tipicamente temperado em óleo. A têmpera em óleo proporciona uma taxa de resfriamento menos severa do que a água ou salmoura, o que ajuda a minimizar a distorção e o risco de trincas, embora o D3 permaneça mais suscetível à distorção do que os aços temperados ao ar.
• Procedimento de Resfriamento: A peça deve ser resfriada na faixa de formação de martensita. É fundamental resfriar o componente até a temperatura ambiente, idealmente entre 66 e 93 °C (150 e 200 °F), antes de prosseguir com o revenimento.
• O tempo é fundamental: Não deixe a peça de aço D3 temperada esfriar completamente à temperatura ambiente e permanecer em repouso por um longo período (geralmente, não é recomendado mais de 2 horas) antes do revenimento. Adiar o revenimento pode tornar o aço extremamente quebradiço e suscetível a rachaduras e instabilidade.

3.4 Têmpera

Têmpera é uma etapa final indispensável no processo de tratamento térmico do aço para ferramentas D3. O aço D3 temperado é extremamente duro, mas também muito frágil e sofre altas tensões internas.

• Objetivo: O revenimento alivia essas tensões internas, aumenta significativamente a tenacidade e permite o ajuste fino da dureza final.
• Têmperas Múltiplas para Aço D3: Para aços de alto carbono e alto teor de cromo, como o D3, recomenda-se fortemente a realização de múltiplos ciclos de têmpera (revenimento duplo ou até triplo). Essa prática ajuda a refinar a estrutura dos grãos, melhora ainda mais a resistência ao desgaste e facilita a transformação de qualquer austenita retida.
• Temperaturas e dureza: para atingir uma dureza alvo típica de aproximadamente 60 HRC, o D3 é frequentemente temperado em temperaturas mais baixas, em torno de 200 °C (390 °F).
• Faixa de Têmpera Secundária: O revenimento na faixa de têmpera secundária (tipicamente 400-600 °C para aços ligados) também pode ser benéfico. Isso promove a transformação da austenita retida e a precipitação de carbonetos finos de liga, o que pode aumentar a dureza a quente e a resistência ao revenimento, embora a resistência ao revenimento do D3 seja mais limitada em comparação com aços com maior teor de molibdênio (Mo) e vanádio (V).
• Tempo de Revenimento: A duração padrão do revenimento é de 2 horas por polegada (25 mm) da espessura da ferramenta à temperatura especificada. As peças devem ser resfriadas à temperatura ambiente entre cada ciclo de revenimento. Um revenimento eficaz é absolutamente vital para a vida útil e o desempenho dos componentes de aço para ferramentas D3.

3.5 Considerações principais para tratamento térmico de aço para ferramentas D3

• Austenita Retida: Devido ao seu alto teor de carbono, o aço D3 pode apresentar austenita retida após a têmpera. Múltiplos ciclos de revenimento são o principal método para transformá-la. Para aplicações que exigem máxima estabilidade dimensional ou o mínimo absoluto de austenita retida, tratamentos subzero ou criogênicos podem ser empregados após a têmpera (e normalmente antes do revenimento final). Esses tratamentos devem ser seguidos imediatamente por revenimento.
• Estabilidade Dimensional: O aço para ferramentas D3 apresenta boa estabilidade dimensional, com crescimento esperado tipicamente em torno de ±0,0005 pol./pol. (ou ±0,05%). Pré-aquecimento adequado, taxas de aquecimento e resfriamento controladas e revenimento múltiplo completo são essenciais para minimizar as alterações dimensionais.
• Tenacidade: É importante observar que o aço D3 geralmente apresenta menor tenacidade em comparação ao aço D2, principalmente devido ao seu maior teor de carbono. Os parâmetros de tratamento térmico do aço ferramenta D3 devem ser cuidadosamente selecionados para equilibrar a resistência ao desgaste com a tenacidade adequada para a aplicação pretendida.
• Tratamentos de superfície: para maior dureza da superfície e resistência ao desgaste, os componentes de aço para ferramentas D3 podem ser submetidos a tratamentos de superfície, como nitretação ou processamento de difusão térmica (TD), após o tratamento térmico primário.