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Aobo Steel | Fornecedor global de aço para ferramentas na China
Guia de Tratamento Térmico do Aço 52100
Domine os ciclos de têmpera e revenido para o aço 52100 (100Cr6/1.3505) para obter a vida útil e a dureza ideais em relação à fadiga. Baseado nas normas ASTM A295 e DIN EN ISO 683-17.
AISI 52100 É um aço hipereutetóide de alto carbono e baixo teor de cromo, contendo aproximadamente 1,0% de carbono e 1,5% de cromo. É amplamente utilizado internacionalmente em mancais totalmente temperados e aplicações de alto desgaste.
The properties of 52100 steel are derived equally from its composition and from proper hardening heat treatment. While conventional tool steel heat treatment aims to minimize retained austenite to prevent deformation and cracking, 52100 steel heat treatment intentionally retains a portion of it. When 52100 is used in bearings, it generates high-frequency rolling contact fatigue. Residual austenite is specifically designed to accommodate this operating condition. Research indicates that 52100 bearings containing 5% to 15% RA typically exhibit longer rolling fatigue life than bearings with no RA content.
Após receberem o aço 52100 recozido, nossos clientes devem realizar seus próprios tratamentos térmicos, incluindo o recozimento para alívio de tensões e a têmpera. O processo de têmpera segue os procedimentos padrão para aços-ferramenta, abrangendo pré-aquecimento, austenitização, têmpera e revenido. Este documento se concentra nessas etapas.
Tratamento térmico para alívio do estresse
Para garantir a estabilidade dimensional durante a etapa subsequente de têmpera do aço 52100, as operações de alívio de tensões são essenciais, principalmente após usinagem pesada ou conformação. As tensões residuais de usinagem na peça são aliviadas durante o tratamento térmico, resultando em alterações dimensionais significativas.
Procedimento operacional: Aquecer a uma temperatura entre 650 °C e 700 °C (1200 °F e 1300 °F). Manter nessa temperatura por tempo suficiente para eliminar completamente as tensões internas. Em seguida, realizar um resfriamento lento no forno até aproximadamente 500 °C, seguido de um resfriamento final ao ar até a temperatura ambiente.
Pré-aquecimento
O pré-aquecimento do aço AISI 52100 previne o choque térmico e garante uma distribuição uniforme de temperatura entre a superfície e o núcleo da peça. Este aço de alto carbono possui condutividade térmica relativamente baixa. O aquecimento rápido pode criar diferenciais de temperatura significativos entre o interior e o exterior, aumentando o risco de fissuras no material 52100. A faixa de temperatura de pré-aquecimento é de 650 °C a 705 °C (1200 °F a 1300 °F).
Austenitização
The purpose of austenitizing is to dissolve an appropriate amount of carbon and chromium into the austenite phase to ensure high hardness after quenching. Simultaneously, it preserves finely dispersed, finely distributed undissolved carbides to enhance the material’s wear resistance.
A temperatura de austenitização recomendada para o aço 52100 é tipicamente de 815 °C a 845 °C (1500 °F a 1555 °F). Mantenha nessa temperatura por 10 a 30 minutos, dependendo das dimensões da seção transversal da peça. O superaquecimento ou o tempo de manutenção excessivo devem ser evitados, pois essas práticas geram excesso de austenita retida e reduzem significativamente a tenacidade do material devido ao crescimento de grãos.
Resfriamento
Quenching is designed to rapidly transform the austenitic structure into martensite. AISI 52100 steel is oil-quenchable; water quenching is prohibited, as the intense cooling intensity of water quenching is highly prone to inducing stress cracks. The oil bath should be maintained between 40°C and 60°C (100°F to 140°F). This temperature range ensures stable cooling while minimizing deformation caused by thermal shock.
A agitação mecânica durante o resfriamento é essencial para garantir um resfriamento uniforme e evitar pontos fracos localizados. Quando resfriado corretamente, o aço 52100 normalmente atinge uma dureza de 63–65 HRC.
Têmpera
When the 52100 workpiece cools during quenching to a residual temperature (50°C to 70°C), it should be promptly transferred to the tempering furnace for tempering. Tempering eliminates quenching stresses, reducing brittleness in 52100 steel and preventing spontaneous cracking. For bearing applications, standard tempering temperatures range from 180°C to 250°C to maintain hardness above 60 HRC.
Problemas comuns e soluções no tratamento térmico do aço 52100
1. Descarbonetação
Decarburization primarily occurs when workpieces react with oxygen at high temperatures, leading to surface carbon loss and the formation of a so-called soft layer. To effectively prevent decarburization, it is recommended to use protective atmospheres, salt baths, or vacuum furnaces for heating during the 52100 hardening process. It is essential to maintain a strictly neutral-to-slightly reducing atmosphere within the furnace to prevent oxidation reactions.
2. Trincas de têmpera
52100 quenching cracks typically originate from excessive cooling rates or thermal shock, occurring most frequently during water quenching or when heated beyond the recommended temperature. To address this issue, apply oil at 40-60°C as the quenching medium. Simultaneously, minimizing temperature differentials between the workpiece’s interior and exterior through thorough preheating, coupled with strict control of the austenitizing temperature within the recommended range, can significantly reduce the risk of cracking.
3. Distorção Dimensional
As principais causas de deformação dimensional na peça de aço 52100 incluem taxas de resfriamento desiguais e a liberação de tensões residuais de usinagem durante o aquecimento. Para solucionar esse problema, recomenda-se incorporar uma etapa de tratamento de alívio de tensões após o desbaste, realizada a 650 °C-700 °C. Além disso, o uso de um método de têmpera em etapas pode proporcionar uma distribuição uniforme de temperatura em toda a peça antes do início da transformação martensítica, controlando, assim, a deformação de forma eficaz.
4. Austenita retida
Overheating during austenitization of 52100 steel lowers the martensite transformation start temperature (Ms), leading to excessive retained austenite after quenching. This structure is softer, leading to dimensional instability in the workpiece. The solution is to strictly adhere to the austenitization temperature range of 815-845°C. For special requirements, immediate deep cryogenic treatment (e.g., -70°C to -100°C) after quenching can be performed to promote complete transformation of retained austenite into martensite.
Perguntas frequentes
A temperatura de austenitização deve ser definida entre 815 °C e 845 °C (1500 °F a 1555 °F). Mantenha o aço nessa temperatura por 10 a 30 minutos, dependendo das dimensões da seção transversal da peça.
Não, o resfriamento em água é proibido, pois a alta intensidade do resfriamento é altamente propensa a induzir fissuras por tensão. É necessário usar um banho de óleo mantido entre 40°C e 60°C (100°F e 140°F).
As temperaturas padrão de revenimento variam de 180°C a 250°C para manter a dureza acima de 60 HRC. A peça deve ser revenida imediatamente após o resfriamento a 50°C-70°C para evitar trincas espontâneas.
Heat the material to 650°C to 700°C (1200°F to 1300°F) to relieve internal stresses. Follow this with a slow furnace cool to roughly 500°C, then air cool to room temperature.
O pré-aquecimento previne o choque térmico e garante uma distribuição uniforme da temperatura, visto que este aço de alto carbono possui baixa condutividade térmica. Isso reduz o risco de fissuras causadas por diferenças de temperatura entre a superfície e o núcleo.
Utilize óleo a 40°C a 60°C como meio de têmpera em vez de água para controlar as taxas de resfriamento. Além disso, assegure um pré-aquecimento completo e controle rigorosamente a temperatura de austenitização para evitar o superaquecimento.
Respeite rigorosamente a faixa de austenitização de 815 °C a 845 °C, pois o superaquecimento aumenta a austenita retida. Como alternativa, realize um tratamento criogênico profundo (de -70 °C a -100 °C) imediatamente após o resfriamento rápido para transformá-la em martensita.
Use protective atmospheres, salt baths, or vacuum furnaces during heating to prevent oxygen reaction. Maintaining a neutral-to-slightly reducing atmosphere is essential to prevent surface carbon loss.