Meios de têmpera para aço ferramenta, taxas de resfriamento e comportamento de têmpera
Uma têmpera é avaliada por dois números em vez de um. O primeiro é a rapidez com que o meio extrai calor da peça na faixa onde a perlita e o carboneto se formariam de outra forma, e o segundo é a rapidez com que continua resfriando abaixo do início da martensita, onde velocidade extra se transforma em risco de distorção e trincamento. As tabelas abaixo reúnem as taxas de resfriamento publicadas dos meios de têmpera comuns, a sensibilidade ao trincamento e a distorção medidas para um polímero de têmpera em três concentrações, e a dureza que os mesmos meios produzem ao longo da seção de uma barra de teste. Lidas em conjunto, elas indicam em qual meio uma dada seção pode ser temperada.
Apenas para referência. Os valores abaixo são um resumo de referência da prática publicada em manuais chineses, não uma especificação da Aobo Steel. Confirme o meio e o ciclo com o certificado do fabricante e o desenho aplicável antes de definir um pedido ou uma corrida de produção com base neles.
O que a têmpera precisa fazer
Dentro da seção sendo temperada, o aço precisa passar pela faixa de perlita e carboneto rápido o suficiente para que essas transformações nunca comecem, e precisa atingir a faixa de martensita sem se fragmentar. Uma têmpera muito lenta deixa pontos moles em uma seção espessa. Uma têmpera mais rápida do que o grau necessita adiciona risco de distorção e trincamento sem motivo. A taxa de resfriamento de um meio é, portanto, lida em duas janelas de temperatura separadas em vez de como um único número, e todas as tabelas nesta página são construídas dessa forma. A janela superior, 650 a 500 graus Celsius, é onde os pontos moles são ganhos ou perdidos. A janela inferior, 300 a 200 graus Celsius, é onde o trincamento e a distorção são ganhos ou perdidos.
Taxa de resfriamento dos meios de têmpera comuns
As taxas na primeira tabela foram medidas em uma esfera de aço de 20 mm e estimadas a partir da curva de resfriamento publicada de cada meio. A primeira coluna é a temperatura na qual o meio resfria mais rápido, a segunda é essa taxa de pico, e as duas últimas são a taxa média na janela superior e na inferior.
| Meio de têmpera | Taxa de pico em, °C | Taxa de pico, °C/s | Média 650–500 °C, °C/s | Média 300–200 °C, °C/s |
|---|---|---|---|---|
| Água de torneira parada, 20 °C | 340 | 775 | 135 | 450 |
| Água de torneira parada, 40 °C | 285 | 545 | 110 | 410 |
| Água de torneira parada, 60 °C | 220 | 275 | 80 | 185 |
| Solução de NaCl a 10%, 20 °C | 580 | 2000 | 1900 | 1000 |
| Solução de NaOH a 15%, 20 °C | 560 | 2830 | 2750 | 775 |
| 5% Na2CO3 solução, 20 °C | 430 | 1640 | 1140 | 820 |
| Óleo puro L-AN15, 20 °C | 430 | 230 | 60 | 65 |
| Óleo puro L-AN15, 80 °C | 430 | 230 | 70 | 55 |
| Óleo puro L-AN32, 20 °C | 500 | 120 | 100 | 50 |
Fonte, Tabela 8-9, página impressa 464. Taxa de resfriamento medida em uma esfera de aço de 20 mm e estimada a partir da curva de resfriamento de cada meio. Os graus L-AN são óleos chineses de sistema de perda total, L-AN15 próximo a um ISO VG15 e L-AN32 próximo a um ISO VG32. As porcentagens são frações mássicas.
O padrão é aquele com que uma ferramentaria trabalha. A água é rápida e fica mais lenta à medida que o banho aquece, então um banho de água quente não substitui uma têmpera controlada. Uma salmoura com dez por cento de sal ou um banho cáustico é cerca de três vezes mais rápido que a água parada na janela superior, o que remove pontos moles em um aço carbono de baixa temperabilidade, e ambos permanecem rápidos abaixo de 300 graus Celsius também, o que é exatamente por que trincam seções finas. O óleo puro é uma ordem de magnitude mais lento que a água na janela superior e igualmente lento na inferior, o que é por que o óleo é adequado aos graus cuja austenita é estável o suficiente para sobreviver a uma passagem lenta pela faixa de perlita.
Soluções de sal e cáusticas contra água e óleo
Uma solução saturada de cloreto de cálcio foi desenvolvida como um meio situado entre a salmoura e o óleo. Seu comportamento de trincamento é mais próximo da água do que do óleo, mas sua taxa na janela superior é alta o suficiente para aço carbono. A segunda tabela compara-a com os outros meios comuns medidos nas mesmas duas janelas.
| Meio de têmpera | Média 650–550 °C, °C/s | Média 300–200 °C, °C/s |
|---|---|---|
| CaCl saturado2 solução | 1000 | 150 |
| Água, 18 °C | 600 | 270 |
| Solução de NaCl a 10%, 20 °C | 1100 | 300 |
| Solução de NaOH a 15%, 20 °C | 1200 | 300 |
| Óleo de colza, 50 °C | 200 | 35 |
| Óleo puro L-AN15, 50 °C | 150 | 30 |
| Óleo de transformador, 50 °C | 120 | 25 |
Fonte, Tabela 8-10, página impressa 465. Taxa de resfriamento média em cada faixa.
Polímeros de têmpera, trincamento e distorção
Um polímero de têmpera é uma solução aquosa cuja velocidade de resfriamento é definida por sua concentração, de modo que um único banho pode cobrir a faixa da salmoura até o óleo alterando quanto polímero contém. As três tabelas abaixo vêm de um programa de testes em um polímero chinês NQ-1, executado a cinco, quinze e vinte e cinco por cento em massa contra água e óleo puro como meios de referência.
Sensibilidade ao trincamento
O teste de trincamento usou um corpo de prova de aço ferramenta carbono T8 de 30 mm por 30 mm, austenitizado a 840 graus Celsius, mantido por trinta minutos e verificado por inspeção de partículas magnéticas após a têmpera. Três corpos de prova foram executados para cada meio.
| Meio de têmpera | Corpos de prova | Trincados |
|---|---|---|
| Água | 3 | 3 |
| Polímero NQ-1 a 5% | 3 | 1 |
| 15% de polímero NQ-1 | 3 | 0 |
| 25% de polímero NQ-1 | 3 | 0 |
| óleo puro L-AN15 | 3 | 0 |
Fonte, Tabela 8-11, página impressa 466. Aço para ferramentas de carbono T8, 30 mm por 30 mm, austenitizado a 840 graus Celsius e mantido por 30 minutos, verificado por inspeção de partículas magnéticas.
Dureza ao longo da seção
O teste de temperabilidade utilizou aço 45, um grau de carbono simples, em dois tamanhos de barra. A dureza foi medida na superfície, no meio do raio e no centro de uma barra seccionada ao longo de seu eixo.
| Corpo de prova | Meio de têmpera | Superfície, HRC | Meio do raio, HRC | Centro, HRC |
|---|---|---|---|---|
| Aço 45, 20 mm × 60 mm | Água | 60 | 54 | 52 |
| Aço 45, 20 mm × 60 mm | Polímero NQ-1 a 5% | 61 | 57 | 53 |
| Aço 45, 20 mm × 60 mm | 15% de polímero NQ-1 | 61 | 57 | 54 |
| Aço 45, 20 mm × 60 mm | 25% de polímero NQ-1 | 58 | 52 | 50 |
| Aço 45, 20 mm × 60 mm | óleo puro L-AN15 | 54 | 48 | 45 |
| Aço 45, 30 mm × 90 mm | Água | 56 | 33 | 31 |
| Aço 45, 30 mm × 90 mm | Polímero NQ-1 a 5% | 59 | 40 | 34 |
| Aço 45, 30 mm × 90 mm | 15% de polímero NQ-1 | 58 | 38 | 33 |
| Aço 45, 30 mm × 90 mm | 25% de polímero NQ-1 | 54 | 33 | 30 |
| Aço 45, 30 mm × 90 mm | óleo puro L-AN15 | 50 | 25 | 23 |
Fonte, Tabela 8-12, página impressa 466. Aço 45, austenitizado a 840 graus Celsius e mantido por 30 minutos, dureza em HRC ao longo da seção. A barra de 30 mm não atinge a dureza total no meio do raio e no centro em todos os meios.
Distorção e dureza superficial
O teste de distorção utilizou um disco de aço 45 de 50 mm por 10 mm, austenitizado a 840 graus Celsius e mantido por quinze minutos, e o crescimento medido do disco é o número na tabela.
| Meio de têmpera | Distorção média, mm | Dureza superficial, HRC |
|---|---|---|
| Água | +0.80 | 60 |
| Polímero NQ-1 a 5% | +0.61 | 61 |
| 15% de polímero NQ-1 | +0.12 | 60 |
| 25% de polímero NQ-1 | +0.26 | 58 |
| óleo puro L-AN15 | +0.09 | 54 |
Fonte, Tabela 8-13, página impressa 466. Disco de aço 45, 50 mm por 10 mm, austenitizado a 840 graus Celsius e mantido por 15 minutos. A distorção é a variação média medida no tamanho, positiva significando crescimento.
Lendo as tabelas em conjunto
Três coisas se destacam nas cinco tabelas. A água trincou todos os corpos de prova no teste de trincamento e aumentou o disco de distorção em 0,80 mm, e é o meio mais rápido em ambas as janelas, portanto é um meio de último recurso em um grau que distorce. Um banho de polímero a quinze por cento não trincou nenhum de seus corpos de prova, manteve a mesma dureza superficial e central que a água, e aumentou o disco em apenas 0,12 mm, que é o resultado mais estreito do conjunto. Um banho a vinte e cinco por cento é o mais suave na distorção para as barras mais duras e o mais macio na superfície, e sua dureza ao longo da seção cai primeiro, então sua vantagem está na forma e não na dureza. O óleo puro é o mais lento e o mais macio, e é o meio cuja taxa na janela superior é baixa o suficiente para precisar de um grau totalmente ligado por trás dele.
Onde a troca entre dureza e distorção não pode ser feita em um líquido, um grau de têmpera ao ar elimina a questão, e um aço como D2 atinge dureza total em ar parado ou em têmpera com ar forçado em vez de em um banho. Onde a água ainda é necessária, a nota na fonte é que um óleo rápido pode frequentemente substituí-la em uma peça fina ou parcialmente retificada, que é a rota W1 geralmente é adotada e a razão pela qual O1 é projetado para óleo em primeiro lugar.
Dados de referência relacionados
A velocidade de têmpera que cada grau necessita está agrupada no Tabela de Têmpera para Aços Temperáveis em Água, Óleo e Ar, as taxas de resfriamento medidas para um grau de trabalho a quente estão no página de velocidades de resfriamento da têmpera do H13, e os ciclos completos de têmpera e revenimento estão no guia de tratamento térmico de aço ferramenta.
Notas sobre os dados
Os nomes dos meios seguem a fonte. Os graus de óleo são óleos chineses L-AN de sistema de perda total, e o L-AN15 fica próximo a um grau de viscosidade ISO VG15 e o L-AN32 próximo a um ISO VG32, então o número é uma classe de viscosidade e não uma marca. Os valores de polímero são para o polímero NQ-1 usado no programa de teste da fonte e as concentrações são frações de massa, então um banho misturado na mesma porcentagem a partir de um polímero diferente não se comportará necessariamente de forma idêntica. Os testes de trincamento, temperabilidade e distorção foram executados em aços T8 e 45, que são graus de carbono simples e não aços para matrizes, então essas leituras medem o meio e não são uma previsão para uma seção específica de aço para ferramentas.
Compilado de um manual chinês de tratamento térmico de aço para moldes e ferramentas, Tabelas 8-9 a 8-13, páginas impressas 464 a 466. As Tabelas 8-9, 8-11, 8-12 e 8-13 foram lidas da imagem da página a 500 dpi e a Tabela 8-10 da imagem da página e da camada de texto. As tabelas são um resumo de referência da prática publicada e não uma especificação da Aobo Steel, portanto confirme o meio e o ciclo com o certificado do fabricante antes de um pedido ser feito com base nelas.