AÇO LIGA 5140 | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. Principais processos de tratamento térmico para aço de liga 5140

Vários estabelecidos tratamento térmico Processos podem ser aplicados ao aço-liga 5140 para modificar sua microestrutura e, consequentemente, suas propriedades físicas e mecânicas. Esses tratamentos incluem recozimento, normalização, têmpera e revenimento, austêmpera e têmpera por indução.

3.1 Recozimento de aço de liga 5140

Recozimento é empregado principalmente para amolecer o aço de liga 5140, melhorando sua usinabilidade e conformabilidade.

• Processo: Isso envolve aquecer o aço a uma faixa de temperatura de 815 °C a 870 °C (1500 °F a 1600 °F), mantendo-o nessa temperatura por um período adequado, seguido por um processo de resfriamento lento, normalmente resfriamento de forno.
• Resultado: Este tratamento visa produzir uma microestrutura de carbonetos predominantemente perlíticos ou esferoidizados dentro de uma matriz ferrítica. A dureza máxima atingível após o recozimento do aço 5140 dentro desta faixa é de aproximadamente 187 HB. Este estado amolecido, caracterizado por sua microestrutura específica, é ideal para operações de fabricação subsequentes devido à usinabilidade aprimorada e à conformabilidade aprimorada.

3.2 Normalização do Aço Liga 5140

A normalização é um processo de tratamento térmico usado para refinar a estrutura dos grãos do aço de liga 5140, criando uma microestrutura mais uniforme e homogênea.

• Processo: Envolve aquecer o aço a uma temperatura acima do seu ponto crítico de transformação superior (Ac3) e depois resfriá-lo em ar parado.
• Resultado: Esse tratamento resulta em um tamanho de grão mais fino e uniforme, o que pode melhorar a resistência e a tenacidade do aço. A normalização é frequentemente realizada como uma etapa preparatória antes de tratamentos térmicos adicionais, como têmpera e revenimento, garantindo uma resposta consistente e ideal ao processamento térmico subsequente.

3.3 Têmpera e revenimento do aço de liga 5140

Têmpera e revenimento (frequentemente referido como têmpera e têmpera) é um tratamento térmico crítico para o aço de liga 5140 para desenvolver seu equilíbrio ideal de resistência, dureza e tenacidade.

• Processo de endurecimento: Isso envolve a austenitização do aço, normalmente por aquecimento a cerca de 840 °C (ou conforme as necessidades específicas da aplicação), seguido de resfriamento rápido (têmpera) em um meio adequado (por exemplo, óleo ou água). O objetivo é transformar a austenita em uma estrutura martensítica ou bainítica dura, que proporciona a alta dureza inicial.

• Endurecimento: O aço-liga 5140 apresenta boa temperabilidade, superior aos aços carbono comuns como o 1040, especialmente na obtenção de dureza total em seções de até aproximadamente 40 mm de diâmetro quando temperado em água. Por exemplo, uma amostra de aço 5140 com 15 mm de diâmetro apresenta dureza consistente em toda a sua seção transversal devido à formação de martensita, característica mantida mesmo em amostras de 40 mm de diâmetro sob condições de têmpera semelhantes. No entanto, sua temperabilidade é geralmente inferior à de ligas mais altas, como 4140 ou 4340; isso deve ser considerado ao tratar seções muito grandes, onde é essencial atingir uma dureza uniforme, pois essas alternativas de liga mais alta podem oferecer um endurecimento mais profundo.

• Processo de têmpera: Após a têmpera, o aço é extremamente duro, mas frequentemente frágil demais para a maioria das aplicações. O revenimento envolve o reaquecimento do aço temperado a uma temperatura específica abaixo de sua temperatura crítica inferior (Ac1), tipicamente entre 175 °C e 705 °C (350 °F e 1300 °F). A temperatura de revenimento escolhida determina o equilíbrio final das propriedades.
• Resultado: O revenimento reduz a dureza e a resistência em certa medida, mas aumenta significativamente a ductilidade e a tenacidade, aliviando as tensões internas induzidas durante a têmpera. Este processo permite um controle preciso das propriedades mecânicas finais dos componentes de aço-liga 5140, adaptando-os às demandas específicas de serviço.

3.4 Austêmpera 5140 Aço Liga

O aço de baixa liga 5140 é considerado adequado para austêmpera, um processo de transformação isotérmica que produz uma microestrutura bainítica.

• Processo: A austêmpera envolve a têmpera do aço, partindo de sua temperatura de austenitização diretamente para uma temperatura acima da temperatura inicial da martensita (Ms), mas abaixo da faixa de formação da perlita (tipicamente dentro da zona de transformação da bainita). O aço é mantido nessa temperatura até que a austenita se transforme completamente em bainita. Para o aço 5140, essa transformação em bainita geralmente é concluída em 1 a 10 minutos quando mantido a temperaturas entre 315 °C e 400 °C (600 °F e 750 °F).
• Resultado: Esse processo resulta em uma microestrutura bainítica, conhecida por sua excelente combinação de resistência, tenacidade e ductilidade, geralmente com distorção reduzida em comparação à têmpera e revenimento convencionais. A composição do aço de liga 5140 permite a austêmpera em seções maiores em comparação aos aços carbono simples, como o 1080, devido ao maior tempo disponível para evitar a formação de perlita durante o resfriamento.

3.5 Têmpera por indução do aço de liga 5140

Para aplicações que exigem alta dureza superficial e resistência ao desgaste, combinadas com um núcleo tenaz, o aço-liga 5140 pode ser temperado por indução com eficácia. Esse processo normalmente é realizado após um tratamento inicial de têmpera e revenimento para estabelecer as propriedades desejadas do núcleo.

• Processo: O endurecimento por indução é uma técnica de endurecimento superficial que usa indução eletromagnética para aquecer rapidamente a camada superficial do aço acima de sua temperatura de transformação, seguido de têmpera imediata.
• Resultado: Isso cria uma camada superficial rígida, mantendo as propriedades benéficas preestabelecidas (como tenacidade ou alta resistência) do núcleo. Para o aço-liga 5140 (frequentemente agrupado com o 4140 por essa característica), o têmpera por indução pode atingir profundidades de camada de 1,0 mm a 2,0 mm, com resistências do núcleo tipicamente variando entre 100 e 140 kgf/mm², dependendo do diâmetro do componente e dos parâmetros específicos do processo. Essa característica de dupla propriedade é altamente vantajosa para componentes sujeitos a desgaste superficial e tensões no núcleo.

3.6 Resumo das opções de tratamento térmico para aço de liga 5140

Para fornecer uma visão geral clara, a tabela a seguir resume os principais processos de tratamento térmico para aço de liga 5140: