Aço 9SiCr Visão geral técnica

Visão geral técnica do aço 9SiCr: É um aço para ferramentas de baixa liga, cujas principais características são o silício (Si) e o cromo (Cr), os principais elementos de liga. A composição química típica, em porcentagem de peso (wt%), geralmente se enquadra nessas faixas, embora haja pequenas variações entre os diferentes padrões.

1. Composição química do aço para ferramentas 9SiCr

• Carbono (C):85% para 0,95%.
• Silício (Si): Geralmente de 1,20% a 1,60%, embora alguns padrões como o alemão DIN 90CrSi5 especifiquem de 1,05% a 1,25%.
• Manganês (Mn): Normalmente de 0,30% a 0,60%. Novamente, o padrão alemão pode apresentar uma faixa um pouco maior (0,60% a 0,80%).
• Cromo (Cr): Geralmente 0,95% a 1,25%, com o padrão alemão de 1,05% a 1,30%.
• Fósforo (P) e Enxofre (S): Essas são impurezas, geralmente mantidas baixas, com limites máximos frequentemente definidos em ≤0,030% para ambas.

É bom conhecer as equivalências entre diferentes normas internacionais: 9SiCr corresponde a AISI L3 (EUA), DIN 90CrSi5 / 1.2067 (Alemanha), BS BL3 (Reino Unido), ГОСТ 9ХС (Rússia) e UNE 100Cr6 (Espanha). No sistema chinês (ISC), é T30100.

2. Propriedades físicas do aço 9SiCr

A respeito de propriedades físicas:

2.1 Densidade: Cerca de 7,80 g/cm³.

2.2 Temperaturas Críticas: Eles são vitais para o planejamento do tratamento térmico:

• Ac1 (início da formação de austenita no aquecimento): ~770°C
• Accm (a cementita se dissolve completamente): ~870°C
• Ar1 (início da formação de perlita no resfriamento): ~730°C
• Ms (início de martensita): ~160°C
• Mf (acabamento martensítico): ~ -30°C

2.3 Propriedades magnéticas: A força coercitiva é de cerca de 795,8 A/m, e a indução magnética de saturação é de 1,78 a 1,82 T.

2.4 Coeficiente de Expansão Linear: Embora valores específicos não estivessem no material de origem fornecido, esse é um fator crítico para peças de precisão, especialmente considerando mudanças de temperatura durante o tratamento térmico e o uso.

3. Tratamento térmico

Tratamento térmico é crucial para obter as propriedades mecânicas corretas do 9SiCr. O processo padrão envolve têmpera (têmpera) e revenimento.

3.1 Opções de tratamento de pré-aquecimento

• Recozimento após forjamento: Aquecer a 790-810 °C, manter a temperatura por 1 a 2 horas, deixar o forno esfriar abaixo de 550 °C e, em seguida, resfriar ao ar. Isso resulta em uma dureza de 197-241 HBW. O recozimento isotérmico (aquecimento semelhante, manter a temperatura a 700-720 °C) atinge a mesma faixa de dureza e normalmente produz uma estrutura de perlita esferoidal.
• Têmpera de alta temperatura: Aquecer a 600-700 °C por 2 a 4 horas e, em seguida, resfriar em forno ou ar. Usado para aliviar o estresse do trabalho a frio.
• Normalizando: Aquecer a 900-920 °C e, em seguida, resfriar ao ar. Refina grãos em aço superaquecido e remove carbonetos de rede, resultando em dureza de 321-415 HBW.
• Têmpera e revenimento (pré-tratamento alternativo): Aquecer a 880-900 °C, temperar em óleo e, em seguida, revenir a 680-700 °C (2-4 horas) para obter uma dureza de 197-241 HBW. Às vezes, peças forjadas podem ser temperadas diretamente com calor de forjamento seguido de revenimento em alta temperatura.

3.2 Têmpera (têmpera)

A temperatura recomendada é de 860-880°C.

• Têmpera em óleo: Resfriar em óleo (várias temperaturas possíveis) e, em seguida, resfriar ao ar. Dureza: 62-65 HRC.
• Têmpera em banho salino/alcalino: Utilizar um banho de fusão (150-200 °C) por períodos específicos e, em seguida, resfriar ao ar. Dureza: 59-63 HRC. Esses métodos ajudam a minimizar a deformação em peças complexas. A estrutura após a têmpera é composta principalmente de martensita de ripas, carbonetos finos e alguma austenita retida.

3.3 Tratamento pelo frio

Para ferramentas de alta precisão e dimensionalmente estáveis, um tratamento a frio (-70 °C) logo após a têmpera pode aumentar ligeiramente a dureza (0-1 HRC). Recomenda-se que seja realizado dentro de uma hora após a têmpera.

3.4 Têmpera

Esta etapa alivia o estresse e aprimora a dureza e a tenacidade. Resultados típicos:

• 140-160°C Temperagem: 62-65 HRC
• 160-180°C Temperagem: 61-63 HRC
• 180-200°C Temperagem: 60-62 HRC
• 200-220°C Temperagem: 58-62 HRC

Temperaturas de revenimento mais altas reduzem ainda mais a dureza. O revenimento duplo (por exemplo, 180 °C e depois uma temperatura mais alta, como 240 °C) pode melhorar significativamente a tenacidade e a vida útil da ferramenta.

4. Propriedades mecânicas do aço 9SiCr

O propriedades mecânicas A resistência à flexão do 9SiCr depende fortemente do tratamento térmico. Após têmpera e revenimento a baixa temperatura, ele apresenta alta dureza (pode permanecer em torno de 60 HRC mesmo após revenimento a 300-400 °C), boa temperabilidade e boa resistência ao desgaste. A resistência à flexão após têmpera a 850 °C é de cerca de 2.250 MPa. No entanto, para alguns trabalhos muito exigentes, sua resistência à compressão e ao desgaste podem não ser suficientes.

5. Aplicações do aço para ferramentas 9SiCr

Em termos de aplicações, o 9SiCr é uma escolha versátil para matrizes e ferramentas de trabalho a frio que exigem alta resistência ao desgaste com deformação mínima durante o tratamento térmico. Usos comuns incluem:

• Ferramentas de corte de baixa velocidade (onde a resistência ao desgaste é fundamental).
• Matrizes complexas para trabalho a frio: alargadores manuais, lâminas de cisalhamento, matrizes de rosqueamento, rolos de laminação a frio/endireitamento, matrizes de laminação de roscas, matrizes de estampagem profunda, matrizes de estampagem, matrizes de repuxamento a frio.
• Ferramentas e medidores de precisão.
• Matrizes de estampagem pequena/média, puncionamento a frio e corte.
• Peças de molde de plástico (quando aços carbono não são suficientes).
• Matrizes de extrusão e prensagem a frio.
• Matrizes de came, punções, matrizes de corte.
• Matrizes de trefilação, matrizes de conformação, matrizes de extrusão, rolos.
• Pinos ejetores.
• Moldes plásticos grandes, complexos e de alta precisão.
• Lâminas de cisalhamento (por exemplo, lâminas grandes atingindo 57-60 HRC com deformação controlada por meio de têmpera/revenimento isotérmico).

6. Comparações e considerações sobre o aço 9SiCr

Comparado aos aços carbono básicos para ferramentas, o 9SiCr oferece melhor temperabilidade, tenacidade e resistência ao desgaste. Suas desvantagens incluem sensibilidade à descarbonetação durante o aquecimento e dureza recozida relativamente alta.

• Uma classe como Cr8MoWV3Si (com mais formadores de carbono e carboneto) pode ser considerada se você precisar de resistência ao desgaste e tenacidade ainda maiores.
• Para matrizes grandes, onde é preferível um tratamento térmico mais simples, um aço endurecível ao ar, como o 7CrSiMnMoV, pode ser uma alternativa.
• Tratamentos de superfície (como nitretação combinada com têmpera) podem prolongar a vida útil de matrizes de 9SiCr em aplicações como recozimento a frio.
• O tratamento termomecânico pode melhorar a resistência e a plasticidade se alta resistência à flexão for crítica.

Em última análise, determinar se o 9SiCr é a escolha certa depende inteiramente dos requisitos específicos da aplicação — o tipo de operação, o material a ser trabalhado, a vida útil esperada da ferramenta e a complexidade da peça são fatores importantes. Podemos discutir suas necessidades específicas com mais detalhes para garantir que você esteja usando o melhor tipo de aço e tratamento térmico para a sua situação.