Visão geral técnica do aço 9CrWMn

1. Visão geral e características principais

Visão geral técnica do aço 9CrWMn: O 9CrWMn é um aço para ferramentas de trabalho a frio de baixa liga, amplamente utilizado na fabricação de diversas ferramentas e matrizes. Sua principal vantagem reside na mínima alteração dimensional durante o processo de têmpera – frequentemente chamado de aço de "microdeformação". Essa estabilidade excepcional o torna uma excelente escolha para a fabricação de componentes complexos e de alta precisão, onde a manutenção de tolerâncias rigorosas após o tratamento térmico é absolutamente crítica.

Esta classe oferece um forte equilíbrio de propriedades essenciais:

• Boa temperabilidade: Alcança dureza consistente, mesmo em seções mais espessas, quando temperado adequadamente.
• Alta resistência ao desgaste: Oferece excelente durabilidade contra abrasão, prolongando a vida útil da ferramenta.
• Resistência confiável: Oferece resistência suficiente à fratura quando tratado termicamente corretamente.

Os elementos de liga específicos são cruciais para seu desempenho:

• Cromo (Cr): Melhora a temperabilidade e aumenta significativamente a resistência ao desgaste.
• Tungstênio (W): Contribui ainda mais para a resistência ao desgaste, ajuda a refinar a estrutura do grão (melhorando a tenacidade) e reduz a sensibilidade ao superaquecimento durante o tratamento térmico.
• Manganês (Mn): Também desempenha um papel fundamental na melhoria da temperabilidade do aço.

2. Composição química do aço 9CrWMn

A composição química padrão para 9CrWMn, de acordo com GB/T 1299 é:

• Carbono (C): 0.85 – 0.95%
• Silício (Si): ≤ 0,40%
• Manganês (Mn): 0.90 – 1.20%
• Cromo (Cr): 0.50 – 0.80%
• Tungstênio (W): 0.50 – 0.80%
• Fósforo (P): ≤ 0,030%
• Enxofre (S): ≤ 0,030%

Observação: Existem equivalentes internacionais como AISI O1, DIN 1.2510 e JIS SKS3, mas pode haver pequenas variações nas faixas de composição. Consulte sempre a norma específica se for necessária a conformidade exata.

3. Notas equivalentes

9CrWMn é uma classe bem estabelecida e reconhecida globalmente. Equivalentes comuns incluem:

• EUA (AISI/ASTM): O1 (UNS T31501)
• Alemanha (DIN): 1,2510 (também conhecido como 100MnCrW4)
• Japão (JIS): SKS3
• Rússia (GOST): 9ХВГ (ou 9XC)
• ISO: 95MnWCr1
• Reino Unido (BS): BO1
• Suécia (SS/ASSAB/Uddeholm): 2140 / DF-3 / Arne
• França (NF): 90MnWCrV5

Essa ampla gama de equivalentes destaca seu uso estabelecido em setores do mundo todo.

4. Propriedades do aço 9CrWMn

4.1 Temperabilidade

O 9CrWMn apresenta boa temperabilidade, permitindo que endureça eficazmente em toda a sua seção transversal por meio de têmpera em óleo, especialmente em seções de até 40-50 mm de espessura. Isso é obtido pela influência combinada de manganês, cromo e tungstênio.

4.2 Resistência ao desgaste

Espere alta resistência ao desgaste após a têmpera e o revenimento adequado em baixa temperatura. O alto teor de carbono, juntamente com a formação de carbonetos de tungstênio e cromo duro na matriz martensítica, proporciona excelente durabilidade contra o desgaste abrasivo.

4.3 Resistência

Quando tratado termicamente corretamente — normalmente com têmpera em torno de 800 °C e revenimento em baixa temperatura — o 9CrWMn apresenta um equilíbrio confiável de tenacidade para aplicações de trabalho a frio. No entanto, tenha cuidado ao revenir em torno de 300 °C, pois essa faixa de temperatura pode levar à redução da tenacidade ao impacto.

4.4 Usinabilidade

A usinabilidade é considerada adequada para um aço-ferramenta com este nível de dureza. Realizar um recozimento de esferoidização adequado antes da usinagem é essencial para obter os melhores resultados e facilitar o processamento.

4.5 Estabilidade Dimensional (Tratamento Térmico)

Embora seja conhecida por suas características de baixa deformação ("microdeformação"), ainda é possível que ocorra alguma alteração dimensional durante a têmpera. Fatores como geometria da peça, uniformidade do aquecimento e técnica de têmpera influenciam o resultado final. A utilização de procedimentos adequados, como pré-aquecimento adequado, têmpera em óleo quente (em torno de 100 °C) para seções menores ou o emprego de métodos de têmpera martempering/têmpera isotérmica, podem minimizar efetivamente a distorção.

4.6 Estrutura de carboneto

Como muitos aços para ferramentas, o 9CrWMn pode potencialmente formar redes de carboneto, principalmente se não for processado corretamente, o que pode impactar negativamente a tenacidade. Práticas cuidadosas de forjamento e ciclos de tratamento térmico adequados, incluindo a normalização antes do recozimento, são recomendados para refinar a estrutura do carboneto e evitar redes prejudiciais.

4.7 Resistência à temperatura

A resistência ao amolecimento em temperaturas elevadas (resistência ao revenimento) é moderada. A dureza diminuirá significativamente se o revenimento for feito em temperaturas mais altas (por exemplo, acima de 400-500 °C). Portanto, o revenimento em baixa temperatura (tipicamente 160-200 °C) é uma prática padrão para manter a máxima dureza e resistência ao desgaste.

4.8 Temperaturas-chave (aproximadas)

Compreender as temperaturas críticas de transformação é vital para o sucesso do tratamento térmico:

• Ac1 (Início da Austenitização): ~750°C
• Accm (Austenitização Completa): ~900°C
• Ar1 (Início da formação de ferrita/perlita no resfriamento): ~700°C
• Sra. (Martensita Start): ~205°C

5. Aço 9CrWMn Tratamento térmico

5.1 Recozimento (para usinabilidade)

Para atingir usinabilidade ideal:

1. Aquecer uniformemente a 770-790°C.
2. Mantenha em temperatura ambiente por tempo suficiente para a imersão.
3. Resfrie lentamente dentro do forno (taxa ≤ 30°C/hora) até 550°C.
4. Resfriamento ao ar de 550°C. Dureza esperada: ≤ 217 HBW. Observação: Normalizando a 960-980°C antes O recozimento é altamente recomendado para refinar carbonetos.

5.2 Têmpera (têmpera)

1. Pré-aqueça completamente.
2. Aquecer até a temperatura de austenitização: 800-830°C (use a extremidade inferior da faixa para seções maiores ou mais complexas).
3. Mantenha por tempo adequado para garantir temperatura uniforme.
4. Resfrie rapidamente em óleo. Para seções ≤ 30-50 mm, a têmpera em óleo aquecido a ~100 °C pode ajudar a minimizar o risco de distorção e rachaduras. Dureza esperada (após têmpera): ≥ 62 HRC, frequentemente atingindo 64-66 HRC.

5.3 Têmpera

Tempere imediatamente após a têmpera para aliviar tensões internas e obter as propriedades finais desejadas:

1. Aquecer uniformemente até a temperatura de têmpera selecionada (normalmente 160-300°C).
2. Mantenha por 1 a 2 horas por polegada (25 mm) de espessura (mínimo de 2 horas).
3. Ar fresco. Faixas típicas de têmpera e dureza resultante:
   
   • 160-180°C: ~61-64 HRC (para máxima dureza e resistência ao desgaste)
   • 200-230°C: ~60-62 HRC
   • 250-275°C: ~56-60 HRC Cuidado: Evite revenimento na faixa de 275-325°C, onde a tenacidade pode ser reduzida (fragilização por revenimento).

5.4 Tratamentos Térmicos Avançados

Para requisitos específicos, como minimizar ainda mais a distorção ou maximizar a tenacidade, processos como têmpera isotérmica (martempering) ou tratamentos especializados de ultrarrefinamento de carbonetos podem ser considerados. Estes envolvem ciclos de aquecimento e resfriamento mais complexos.

6. Aplicações do aço 9CrWMn

As propriedades balanceadas do 9CrWMn o tornam um aço altamente versátil para uma ampla gama de ferramentas e componentes para trabalho a frio:

• Morre: Matrizes de corte, matrizes de puncionamento (especialmente para chapas metálicas ≤6 mm), matrizes de estampagem, ferramentas de conformação, matrizes de dobra, matrizes de estampagem profunda, punções de perfuração, ferramentas de corte fino, matrizes de repuxo a frio, matrizes de laminação de roscas e vários insertos de molde que exigem boa resistência ao desgaste e estabilidade dimensional.
• Ferramentas: Medidores de precisão, ferramentas de medição, blocos padrão, alargadores, machos, matrizes de rosqueamento, ferramentas de corte menores que exigem alta retenção de aresta, buchas de broca e lâminas de cisalhamento para materiais mais finos.
• Componentes: Pilares de guia e buchas endurecidos (alvo 58-62 HRC), pinos ejetores, moldes, componentes para pequenos moldes de plástico e matrizes de estampagem de joias.