Aço de liga 20Cr2Ni4A: Propriedades e aplicações

20Cr2Ni4A Alloy Steel is a versatile low-carbon, high-alloy case-hardening steel known for its excellent combination of surface hardness and core toughness after appropriate heat treatment. Understanding its technical characteristics is essential for leveraging its full potential in demanding applications.

1. 20Cr2Ni4A Alloy Steel Composição Química (GB/T 3077—1999)

A composição química típica (fração de massa, %) para 20Cr2Ni4A é:

Elemento	Carbono (C)	Silício (Si)	Manganês (Mn)	Cromo (Cr)	Níquel (Ni)	Fósforo (P)	Enxofre (S)	Cobre (Cu)
Mínimo %	0.17	0.17	0.3	1.25	3.25	0	0	0
Máx. %	0.23	0.37	0.6	1.65	3.65	0.025	0.025	0.3

O baixo teor de carbono o caracteriza como um aço cementável. O alto teor de cromo e o alto teor de níquel aumentam a temperabilidade, permitindo um endurecimento eficaz mesmo em seções maiores, além de contribuir para a resistência e a tenacidade.

2. 20Cr2Ni4A Alloy Steel Equivalents

20Cr2Ni4A é especificado pela norma chinesa GB/T 3077—1999. As notas internacionais comparáveis incluem:

• AISI (EUA):E3316
• DIN (Alemanha):22NiCr14 (ou 1,5752)
• JIS (Japão):SNCM420 (ou 20NC14)
• AFNOR (França):20NCD7 (ou 659)
• BS (Reino Unido):659M15 (ou EN A15)
• GOST (Rússia):20X2N4A

Embora essas classes sejam semelhantes, podem existir pequenas variações nas faixas de composição química especificadas.

3. Principais propriedades físicas e orientação sobre tratamento térmico

3.1 Temperaturas críticas

Compreender as temperaturas críticas de transformação é vital para um tratamento térmico eficaz:

• Ac1:~705°C – 720°C
• Ac3:~775°C – 780°C
• EM:~305°C – 395°C (dependendo da composição exata)

(Nota: As temperaturas Ar1 e Ar3 relacionadas às transformações de resfriamento também são importantes, mas geralmente são derivadas ou especificadas em protocolos detalhados de tratamento térmico).

3.2 20Cr2Ni4A Alloy Steel Tratamento térmico

Para atingir as propriedades desejadas em 20Cr2Ni4A é necessário um controle preciso do tratamento térmico:

• Forjamento:Aquecer a 1150°C – 1200°C. Iniciar o forjamento entre 1120°C – 1180°C e finalizar acima de 850°C. Recomenda-se o resfriamento lento seguido de recozimento ou revenimento.
• Recozimento:Aquecer até 810 °C – 870 °C, seguido de resfriamento do forno. Isso atinge usinabilidade ideal (≤217 HBW).
• Cementação:Geralmente realizado em temperaturas de austenitização (p. ex., 900 °C – 950 °C) para difundir o carbono na superfície. A profundidade da camada superficial (0,2 mm a 1,5 mm) e o teor de carbono na superfície (0,71 TP3T – 1,01 TP3T) dependem da aplicação. A cementação a vácuo também é uma opção.
• Têmpera:Essencial após a cementação para atingir alta dureza superficial (martensita). Geralmente envolve a têmpera em óleo diretamente da temperatura de cementação ou após reaquecimento (por exemplo, 860 °C – 880 °C ou 780 °C – 860 °C, dependendo do processo).
• Têmpera:O revenimento em baixa temperatura (150 °C – 200 °C) após a têmpera é crucial para aliviar o estresse e reduzir a fragilidade, mantendo a dureza da superfície. É necessário um controle cuidadoso para evitar a fragilidade durante o revenimento.
• Tratamento Sub-zero (Opcional):Pode ser aplicado após a têmpera (-60°C a -80°C) para minimizar a austenita retida e aumentar ainda mais a dureza da superfície antes do revenimento final.

4. 20Cr2Ni4A Alloy Steel Aplicativos

O aço 20Cr2Ni4A é selecionado para componentes que exigem alta resistência ao desgaste da superfície combinada com excelente resistência e tenacidade do núcleo:

• Moldes de plástico:Adequado para moldes de grande e médio porte, especialmente aqueles com cavidades complexas ou utilizados com plásticos abrasivos (por exemplo, contendo cargas). Sua boa temperabilidade garante dureza suficiente em seções maiores.
• Engrenagens e eixos:Ideal para engrenagens, pinhões, sem-fins, virabrequins e eixos estriados com cargas pesadas em aplicações automotivas, de locomotivas e máquinas em geral.
• Rolamentos:Utilizado para fabricação de rolamentos de rolos grandes e resistentes a impactos (pistas e rolos) para máquinas pesadas (laminadores, equipamentos de mineração).
• Outros componentes carburados:Eixos, mangas, embreagens, fusos de máquinas-ferramentas, pinos de pistão e cruzetas universais sujeitos a cargas pesadas e estresse de impacto.

5. Considerações específicas para fabricação de moldes

• Conformabilidade:No estado recozido, o aço apresenta boa plasticidade, permitindo a conformação a frio de cavidades.
• Profundidade do caso:Os moldes para plásticos abrasivos geralmente requerem caixas cementadas mais profundas (1,3-1,5 mm) em comparação com aqueles para plásticos mais macios (0,8-1,2 mm).
• Austenita retida:O revenimento em alta temperatura antes da têmpera final pode ajudar a reduzir a austenita retida.
• Controle de qualidade:É necessário um gerenciamento cuidadoso durante a produção do aço e o tratamento térmico para mitigar riscos como manchas brancas e fragilidade por revenimento.

6. Resumo

O 20Cr2Ni4A é um aço-liga cementável de alto desempenho que oferece temperabilidade superior e um excelente equilíbrio entre dureza superficial e tenacidade do núcleo. É a principal escolha para aplicações exigentes em moldagem de plástico, engrenagens de alta resistência, rolamentos e outros componentes mecânicos críticos. A obtenção de um desempenho ideal depende de um tratamento térmico precisamente controlado e adaptado aos requisitos específicos da aplicação.