Tratamento térmico e propriedades do aço ferramenta 9Mn2V
O 9Mn2V é a forma mais barata de entrar em um aço para matrizes de trabalho a frio temperável a óleo: o manganês e o vanádio fornecem a temperabilidade que o cromo fornece no Aço para ferramentas O2, e o grau é comprado para os trabalhos em que a distorção importa mais do que a resistência ao desgaste. É especificado para calibres de precisão, amostras e pequenas matrizes de corte e conformação a frio, e também é usado para peças de moldes plásticos. Esta página reúne a composição conforme GB/T 1299, os pontos críticos, a prática de forjamento e recozimento e as faixas de têmpera e revenimento em uma única folha, com o ciclo de corte fino que as oficinas executam neste grau.
Onde o 9Mn2V se situa na família de trabalho a frio
O 9Mn2V é o grau chinês que corresponde ao AISI O2 e ao alemão 90MnV8. Não contém cromo nem níquel, razão pela qual é a extremidade de baixo custo da família temperável a óleo, e contém cerca de 0,9 por cento de carbono com manganês para temperabilidade e vanádio para manter o grão fino. O trade-off é tamanho e temperatura. O diâmetro crítico de têmpera a óleo é de apenas cerca de 30 mm, portanto o grau endurece em pequenas seções e não em um bloco grande, e sua resistência ao amolecimento no revenimento é baixa: acima de 250 °C a dureza cai rapidamente, que é a mesma mensagem que a curva de revenimento nesta página transmite. Onde uma matriz precisa manter dureza a uma temperatura de trabalho, ou precisa endurecer através de uma seção espessa, os graus com cromo são a família correta: D2 para resistência ao desgaste com alguma dureza a quente, e 5CrNiMo quando a seção é grande e a ferramenta é uma matriz de forjamento em vez de uma matriz de trabalho a frio.
Composição
A química abaixo é a especificação GB/T 1299-2000 impressa para o grau, com o equivalente AISI na segunda linha para comparação. Um certificado que fique fora dessas faixas não é este grau, qualquer que seja o nome dado pela usina.
| País | Grau | C | Si | Mn | V | P | S | Outros |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| China (GB) | 9Mn2V | 0.85-0.95 | 0,040 máximo | 1.70-2.00 | 0.10-0.25 | 0,030 máximo | 0,030 máximo | — |
| EUA (AISI) | O2 | 0.85-0.95 | 0.20-0.40 | 1.40-1.80 | (0.20) | — | — | Cr 0,35, Mo 0,30 |
Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabela 4-83, página impressa 102, conforme GB/T 1299-2000, fração de massa em porcentagem. Um valor é impresso de forma inconsistente na fonte: o limite de silício do 9Mn2V é impresso como 0,040 máx., enquanto a mesma página imprime 0,40 máx. para o 9CrWMn e 0,20-0,40 para o AISI O2. O valor é publicado aqui exatamente como impresso, e um limite de silício de 0,40 máx. é o que normalmente se compra para o grau. Resumo de referência da prática publicada, não uma especificação da Aobo Steel.
Pontos críticos
Essas temperaturas definem cada ciclo na página. Ac1 e Accm limitam a faixa de austenitização, e a baixa temperatura de início de martensita de 125 °C é o número que decide a têmpera: é por isso que o grau pode ser interrompido no óleo ou escalonado em banho de sal, e por que uma oficina que tempera até a temperatura ambiente de uma só vez distorce pequenos calibres. A janela de revenimento de 150-200 °C fica apenas um pouco acima de Ms, então a peça é revenida enquanto ainda está terminando sua transformação, que é a rota normal para um calibre que precisa manter seu tamanho.
| Ponto crítico | Ac1 | Accm | Ar1 | Ar3 | Ms |
|---|---|---|---|---|---|
| Temperatura, aproximada, °C | 730 | 760 | 655 | 690 | 125 |
Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabela 4-84, página impressa 102.
Forjamento
As faixas de forjamento abaixo são para lingote e para tarugo. O acabamento é mantido acima da temperatura Ar1 e a peça vai direto para um resfriamento lento, porque o 9Mn2V endurece ao ar e uma ferramenta forjada deixada no chão rachará na mudança de seção.
| Item | Temperatura de aquecimento, °C | Temperatura inicial de forjamento, °C | Temperatura final de forjamento, °C | Resfriamento |
|---|---|---|---|---|
| Lingote de aço | 1140-1180 | 1100-1150 | 800-850 | Resfriamento em poço ou resfriamento lento em areia quente |
| Tarugo de aço | 1080-1120 | 1050-1100 | 800-850 | Resfriamento em poço ou resfriamento lento em areia quente |
Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabela 4-85, página impressa 103.
Tratamento térmico
O ciclo para o grau é curto. Forjar, recozer para 229 HBW usinável, usinar em desbaste, temperar a partir da janela de 780-820 °C em óleo, depois revenir na janela de 150-200 °C para manter 60-62 HRC. As peças que precisam manter o tamanho em poucos mícrons seguem a rota escalonada em vez da têmpera simples.
Recozimento, antes da usinagem
| Plano | Parâmetros de processo |
|---|---|
| Recozimento após forjamento | Aquecer a 750-770 °C, manter por 2-8 h; resfriar no forno a não mais de 30 °C/h até abaixo de 500 °C, retirar e resfriar ao ar. Dureza 229 HBW máx. |
| Recozimento isotérmico após forjamento | Aquecer a 760-780 °C, manter por 3 h; resfriar a não mais de 30 °C/h até 680-700 °C, manter por 4-5 h; resfriar a não mais de 30 °C/h até abaixo de 500 °C, retirar e resfriar ao ar. Dureza 229 HBW máx. |
Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabela 4-86, página impressa 103.
Endurecimento
| Temperatura de têmpera, °C | Meio de resfriamento | Dureza HRC |
|---|---|---|
| 780-820 | Óleo | 62 mínimo |
Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabela 4-87, página impressa 103. A célula de dureza é impressa como ≥62.
Têmpera
| Temperatura de aquecimento, °C | Tempo de manutenção, h | Resfriamento | Dureza HRC |
|---|---|---|---|
| 150-200 | 2-3 | Ar | 60-62 |
Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabela 4-88, página impressa 103.
Temperatura de revenimento versus dureza
| Temperatura de revenimento, °C | Após a têmpera | 100 | 200 | 250 | 250 | 300 | 350 | 400 | 500 | 600 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dureza HRC | 62 | 61.5 | 60 | 58 | 58 | 55 | 52 | 48 | 40 | 32 |
Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabela 4-89, página impressa 103. A nota da fonte diz: temperado a óleo a partir de 790 °C, revenido por 2 h. A fonte imprime 250 °C duas vezes (dez células de temperatura para dez valores de dureza); a duplicata é reproduzida aqui como impressa em vez de silenciosamente substituída.
Propriedades mecânicas e limites de serviço
O 9Mn2V tem melhor temperabilidade do que um aço ferramenta de carbono simples e endurece com pouca distorção, que é o motivo pelo qual o grau é comprado. O teor de vanádio refina o grão e reduz a sensibilidade ao superaquecimento, e os carbonetos são finos e uniformemente distribuídos, de modo que a combinação de resistência e tenacidade é boa para um aço de baixa liga. Duas limitações decorrem disso. A primeira é a resistência ao revenimento: o grau não deve ser usado onde a ferramenta trabalha quente, e 200-250 °C é uma janela a evitar em vez de uma faixa de revenimento a usar, porque é aí que reside a fragilização por revenimento a baixa temperatura. A segunda é o tamanho da seção, que o diâmetro crítico de têmpera a óleo de 30 mm torna evidente. Onde uma matriz é maior que isso, ou sofre um longo ciclo térmico em serviço, os graus de trabalho a frio com maior liga são a escolha correta.
Aplicações típicas
O grau é usado para calibres de precisão e amostras, para as pequenas matrizes de puncionamento e corte, matrizes de prensagem a frio, matrizes de gravação e ferramentas de corte que um aço ferramenta de carbono simples não consegue manter, e para peças de moldes plásticos. Um exemplo de oficina que vale a pena copiar é uma matriz de corte fino feita em 9Mn2V: pré-aquecer a 600 °C, austenitizar a 790 °C, temperar em sal de nitrato mantido a 180-190 °C, depois revenir a 200 °C por 2 h. A matriz sai com 59-61 HRC com o tamanho mantido, e a vida útil relatada nesse trabalho foi de 950.000 peças. Esse ciclo é a razão pela qual o grau é especificado onde um calibre ou uma ferramenta de corte fino precisa permanecer reto, em vez de onde precisa sobreviver à abrasão.
Dados de referência relacionados
A dureza que o grau mantém à medida que a ferramenta aquece é comparada com os outros aços ferramenta no tabela de dureza a quente do aço ferramenta, e a dureza após cada temperatura de revenimento é comparada entre os graus no Tabela de revenimento de aço para ferramentas. Os graus de carbono temperáveis a óleo que ficam de cada lado deste são reunidos com O2, que é o equivalente AISI mais próximo, e D2, que assume o lugar onde mais resistência ao desgaste é necessária.
Compilado de 实用模具材料与热处理速查手册 (王邦杰), Tabelas 4-83 a 4-89, páginas impressas 102 a 103. Cada valor foi lido da camada de texto pesquisável do livro e verificado tabela por tabela contra os valores impressos, e dois defeitos de impressão na fonte são divulgados acima em vez de corrigidos silenciosamente. As tabelas são um resumo de referência da prática publicada, e não uma especificação da Aobo Steel, portanto confirme o grau e o ciclo de tratamento térmico antes que os dados sejam inseridos em uma folha de processo.
