Guia de Tratamento Térmico do Aço Ferramenta O2

Aço para ferramentas O2 O tratamento térmico é crucial para atingir o desempenho ideal. O aço para ferramentas O2 é um aço para ferramentas de trabalho a frio, temperado em óleo, com alta dureza, alta resistência ao desgaste e deformação mínima durante o tratamento térmico. Comparado ao aço temperado em água, o aço O2 apresenta melhor estabilidade dimensional e maior tenacidade após a têmpera completa.¹. Os graus equivalentes de aço para ferramentas O2 incluem:

1. Europa (EN/DIN): 1.2842 ou 90MnCrV8.
2. Japão (JIS): SKS31
3. China (GB): 9Mn2V

Lista de verificação rápida do tratamento térmico do aço ferramenta O2

Pré-aquecimento

Quase todos os aços para ferramentas, incluindo o O2, requerem pré-aquecimento. Isso ajuda a reduzir o choque térmico e diminui o risco de deformação ou fissuras quando ferramentas frias são colocadas em um forno quente. Também pode aliviar a tensão durante o processamento de materiais O2 e melhorar a eficiência da produção no forno. Pré-aqueça a 649-677 °C (1200-1250 °F) até que o material O2 esteja aquecido uniformemente.

Austenitização (endurecimento)

A faixa de temperatura de austenitização para o aço O2 é tipicamente de 760 a 800 °C (1400 a 1472 °F). Nessa temperatura, vários carbonetos de liga complexos são dissolvidos e a microestrutura é transformada em austenita. O tempo de permanência nessa temperatura deve ser cuidadosamente controlado para evitar efeitos adversos na estrutura molecular.

Resfriamento

Após a austenitização, o aço é resfriado rapidamente, normalmente em óleo para o aço ferramenta O2, para transformar a austenita em martensita, que é a estrutura dura desejada. O resfriamento em óleo é mais lento que o resfriamento em água, mas apresenta menor risco de deformação e fissuras. O material temperado em óleo deve ser resfriado a uma temperatura entre 66 e 93 °C (150 e 200 °F) antes de prosseguir para a etapa de revenimento. Ao contrário do aço temperado ao ar, o aço ferramenta temperado em óleo normalmente não é envolvido em folha de aço inoxidável durante o processo de têmpera, pois a folha impediria a têmpera em óleo.

Têmpera

O2 tool steel is typically tempered at low temperatures, usually between 150 °C and 260 °C (300 °F and 500 °F), to maintain its high hardness. O2 tool steel commonly requires a single tempering cycle, but double tempering can sometimes be preferred. Each tempering cycle typically requires a soak time of at least 2 hours per inch (4.7 minutes per millimeter) of cross-section, with air cooling to room temperature between multiple tempers. The timing of tempering is critical and must begin immediately after the temperature from the previous quenching step drops to 52-65°C (125-150°F) to prevent adverse effects on tool life and to avoid stabilization of retained austenite. The higher the tempering temperature, the lower the hardness.

Problemas comuns e soluções no tratamento térmico com O2

Deformação e alterações dimensionais

O aço O2 apresenta boa estabilidade dimensional, mas o tratamento térmico inadequado ainda pode causar deformações e alterações dimensionais, principalmente devido ao resfriamento excessivo e ao aquecimento irregular.

Para controlar eficazmente a deformação, podem ser tomadas as seguintes medidas:

1. Martemperagem: Resfrie a peça em óleo de têmpera ou sal fundido a uma temperatura aproximadamente 14°C a 28°C (25°F a 50°F) acima da temperatura de início da transformação martensítica (Ms). Após o resfriamento uniforme da peça, prossiga com o resfriamento ao ar.
2. Tratamento de pré-aquecimento: Recomenda-se pré-aquecer o aço a aproximadamente 650°C (1200°F) antes da austenitização para reduzir o risco de deformação durante os processos subsequentes de endurecimento.
3. Tolerância de usinagem: Deve-se manter uma tolerância suficiente durante a usinagem para corrigir qualquer deformação potencial que possa ocorrer após o tratamento térmico final.

Rachadura de extinção

Em comparação com o aço temperado em água, o aço O2 oferece maior segurança na têmpera, mas ainda apresenta risco de fissuração. As causas incluem taxas de aquecimento excessivas, seleção incorreta do meio de têmpera e fatores de projeto, como cantos vivos ou mudanças abruptas na espessura da seção transversal em ferramentas e matrizes para aço O2.

Para evitar rachaduras, as seguintes medidas podem ser tomadas:

1. O aço O2 deve ser temperado em óleo; o uso de água ou salmoura é estritamente proibido, pois pode facilmente causar fissuras. A temperatura ideal do óleo de têmpera deve ser mantida entre 50 °C e 70 °C (120 °F a 160 °F) para atingir a dureza desejada, minimizando o choque térmico.
2. O revenimento deve ser realizado imediatamente após a têmpera. Recomenda-se executar esse processo antes que a peça esfrie completamente à temperatura ambiente para eliminar tensões residuais elevadas e evitar o surgimento precoce de trincas.
3. For complex-shaped workpieces, it is recommended to perform stress-relief annealing at 650–675°C after rough machining and before final quenching to reduce the risk of subsequent cracking.

Descarbonetação superficial

O aço O2 é altamente suscetível à descarbonetação superficial durante o aquecimento. A descarbonetação causa perda de carbono no aço O2, formando uma camada macia com dureza insuficiente, reduzindo significativamente sua resistência ao desgaste.

Para evitar a descarbonatação, os seguintes controles de processo devem ser implementados:

1. O processo de aquecimento deve ser realizado em um meio protetor, como uma atmosfera endotérmica, um banho de sal fundido ou um ambiente de vácuo, para evitar a oxidação de forma eficaz.
2. Antes do tratamento térmico final, a camada de óxido na superfície do O2 — comumente conhecida como "escama negra" — e a camada descarbonetada existente devem ser completamente removidas para garantir que a peça de trabalho de O2 atinja a dureza superficial necessária após o endurecimento.

Austenita retida e controle de dureza

A microestrutura e a dureza final do aço O2 são suscetíveis à temperatura de austenitização. Temperaturas excessivamente altas levam a um aumento significativo no teor de austenita retida na matriz do aço O2, resultando em dureza insuficiente após o resfriamento e instabilidade dimensional.

Para garantir um desempenho estável, recomenda-se as seguintes medidas de controle:

1. Respeite rigorosamente a faixa de temperatura de austenitização recomendada. Para o aço O2, essa faixa é tipicamente de 790 °C a 815 °C, suprimindo eficazmente a formação de austenita retida em excesso na sua origem.
2. O processo de tratamento criogênico a -196°C (-321°F) promove eficazmente a transformação da austenita retida em martensita. Embora não a elimine completamente, reduz significativamente seu teor.
3. It is recommended to temper at 175°C-205°C (345°F-400°F) to achieve the desired working hardness, typically 58–62 HRC.

Baixa dureza vermelha

O aço O2 é um aço ferramenta para trabalho a frio que não possui dureza a quente. É adequado apenas para estampagem a frio, corte e conformação em ambientes de baixa temperatura. Seu uso em processos de trabalho a quente, como fundição sob pressão e forjamento a quente, é estritamente proibido.

Perguntas frequentes

1. Nee, JG (Revisor Técnico Chefe e Editor-Chefe). (2010). Fundamentos do Projeto de Ferramentas (6ª ed.). Sociedade de Engenheiros de Manufatura. ↩︎