Tratamento térmico e propriedades do aço para ferramentas 5CrMnMo

Onde o 5CrMnMo se situa na família de trabalho a quente

O 5CrMnMo é um aço para matrizes de trabalho a quente de baixa liga no qual o manganês fornece parte da temperabilidade que o níquel fornece no 5CrNiMo. Ambos os graus são baseados em um teor de carbono de 0,5 por cento com cromo e molibdênio para resistência ao revenimento, e ambos são fornecidos no estado recozido para uma matriz de forjamento que será usinada, temperada e revenida na ferramentaria. A substituição do manganês reduz o custo de liga e aumenta a resistência, e também reduz a temperabilidade e a tenacidade, razão pela qual o grau é especificado para matrizes pequenas e médias em uma planta de forjamento e o 5CrNiMo para blocos grandes.

Composição

A química abaixo é a especificação GB/T 1299-2000 impressa para o grau. Um certificado de fornecedor que esteja fora dessas faixas não é o mesmo grau, independentemente do nome que a usina lhe dê.

Fonte, 实用模具材料与热处理速查手册, Tabela 5-24, composição química do aço 5CrMnMo (GB/T 1299-2000), fração em massa em %. Página impressa 225. A fonte apresenta os limites de fósforo e enxofre como 0,030 máx. Este é um resumo de referência de prática publicada e não uma especificação da Aobo Steel.

Pontos críticos

Os pontos críticos definem a janela para cada ciclo nesta página. Ac1 e Ac3 delimitam a faixa de aquecimento para austenitização, Ar1 marca a temperatura na qual a ferrita e a perlita começam a se formar novamente no resfriamento, e a temperatura de início da martensita a 220 °C é a razão pela qual a têmpera é interrompida a 150-180 °C em vez de ser levada à temperatura ambiente.

Fonte, Tabela 5-25, temperaturas dos pontos críticos do aço 5CrMnMo, página impressa 225.

Forjamento

O forjamento é o primeiro ponto onde uma matriz de 5CrMnMo é perdida, porque o grau endurece ao ar e é propenso a manchas brancas e trincas se for deixado para resfriar ao ar parado após o último golpe. A prática abaixo mantém o acabamento acima da temperatura Ar1 e coloca toda a seção em resfriamento lento assim que a martelagem para.

Fonte, Tabela 5-26, prática de forjamento do aço 5CrMnMo, página impressa 225. A nota da fonte acrescenta que a peça forjada deve ser resfriada lentamente após o forjamento, e que uma matriz grande é mantida em um forno a cerca de 600 °C, depois resfriada a 150-200 °C antes de ser retirada para resfriamento ao ar.

Tratamento térmico

A seção de tratamento térmico da ficha do grau é curta porque os ciclos se sobrepõem. Uma matriz de forjamento é recozida para torná-la usinável, temperada em óleo e revenida para a dureza que a face da matriz necessita, com um revenimento separado mais alto para o cabo, de modo que a cauda de andorinha permaneça tenaz.

Recozimento, antes da usinagem

Fonte, Tabela 5-27, tratamento térmico preliminar do aço 5CrMnMo, página impressa 226.

Endurecimento

Fonte, Tabela 5-28, prática de têmpera recomendada para o aço 5CrMnMo, página impressa 226. A fonte observa que matrizes médias e grandes usam o limite superior da faixa de aquecimento e matrizes pequenas o limite inferior, e que a matriz é pré-resfriada ao ar até 740-760 °C antes da têmpera em óleo.

Têmpera isotérmica, quando o risco de trinca é alto

Fonte, Tabela 5-29, prática de têmpera isotérmica do aço 5CrMnMo, página impressa 226. A fonte observa que a estrutura após qualquer das rotas é martensita mais bainita inferior mais austenita retida, que o revenimento a converte em bainita inferior revenida, e que a rota reduz o risco de trinca e aumenta a vida da matriz.

Revenimento, por parte da matriz

Fonte, Tabela 5-30, prática de revenimento recomendada para o aço 5CrMnMo, página impressa 226. A nota da fonte acrescenta que a matriz é normalmente revenida duas vezes, e que cada revenimento é seguido por um resfriamento em óleo para suprimir a fragilização por revenimento.

Temperatura de revenimento em função das propriedades mecânicas à temperatura ambiente

Fonte, Tabela 5-31, temperatura de revenimento do aço 5CrMnMo em função das propriedades mecânicas à temperatura ambiente, página impressa 227. A nota da fonte indica que os corpos de prova foram temperados em óleo a partir de 840 °C. A fonte imprime um traço onde nenhum valor é fornecido.

Têmpera e revenimento em alta temperatura

Fonte, Tabela 5-32, prática de têmpera e revenimento em alta temperatura do aço 5CrMnMo, página impressa 227. A nota da fonte indica que a têmpera em alta temperatura produz martensita em ripas fina com melhor resistência e tenacidade, e que acima de 900 °C a tenacidade ao impacto começa a cair.

Propriedades mecânicas e limites de serviço

O 5CrMnMo é um aço tradicional para matrizes de forjamento a quente cuja resistência, resistência ao desgaste e resistência à formação de carepa são boas, e é a variante de baixa liga com manganês do 5CrNiMo. Dois limites decorrem da substituição. Sua temperabilidade é menor, de modo que um bloco grande não endurece em toda a seção e o grau é especificado para matrizes de até cerca de 400 mm de lado. Sua resistência à fadiga também é um pouco menor, de modo que uma matriz sujeita a um ciclo térmico de longa duração é melhor fabricada em um grau de maior liga. Onde uma matriz desse tamanho precisa de mais tenacidade do que o aço fundido ao ar proporciona, o caminho usual é a versão refundida por escória eletrocondutora do mesmo grau.

Aplicações típicas

O grau é usado para matrizes de forjamento a martelo, blocos de matriz de forjamento a prensa e matrizes de impressão rasa em tamanhos pequenos e médios, e para outras pequenas matrizes de trabalho a quente que operam abaixo de 500 °C. É uma escolha comum para matrizes abaixo de martelo de três toneladas. Não é o grau para um bloco de matriz grande, uma ferramenta de extrusão a quente de longa duração, ou uma matriz que precise manter dureza acima de 500 °C, e essas aplicações passam para os graus de trabalho a quente com cromo. A referência cruzada mais próxima é 5CrNiMo, que compartilha a família de composição e adiciona o níquel que confere temperabilidade através de uma seção grande, e a família de endurecimento ao ar que inclui Aço para ferramentas L6 situa-se ao lado de ambos.

Dados de referência relacionados

A dureza que este grau mantém à medida que a matriz opera a quente está apresentada no tabela de dureza a quente do aço ferramenta, que é o número que decide se uma matriz de forjamento amolece em serviço, e a dureza que o grau atinge após cada temperatura de revenimento é comparada entre graus no Tabela de revenimento de aço para ferramentas.

Compilado de 实用模具材料与热处理速查手册, Tabelas 5-24 a 5-32, páginas impressas 225 a 227. Cada valor foi lido da camada de texto pesquisável do arquivo e verificado tabela por tabela em relação aos valores impressos. 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.