Aço rápido | Carbonetos e metalurgia do pó

Microestrutura e distribuição de carbonetos em aço rápido

O aço rápido é comprado pelo carboneto que contém, e a microestrutura é onde a diferença entre um fornecedor e outro aparece. A rota convencional de lingote deixa o carboneto em bandas e fileiras que seguem o padrão de solidificação, e a rota de metalurgia do pó deixa a mesma química de carboneto em uma estrutura sem bandas. Esta página reúne as estruturas temperadas de M2, M1 e M4, juntamente com a série completa de metalurgia do pó impressa para o T15, desde a condição prensada e resfriada lentamente até o estado recozido e o temperado.

O que contém a estrutura temperada de um aço rápido

Um aço rápido é temperado a partir de uma temperatura de austenitização muito mais alta que a de um grau para trabalho a frio, e a estrutura resultante é martensita com uma grande população de carbonetos não dissolvidos. O carboneto não é uma impureza, é a fase resistente ao desgaste, e a quantidade que sobrevive ao patamar de austenitização é o que separa os graus. O M1 está na extremidade de baixo vanádio da família do molibdênio, e o M4 contém mais vanádio, o que eleva o volume de carboneto MC duro na estrutura. Ambas as placas abaixo estão na mesma 62 HRC, e a diferença entre elas é a população de carbonetos, e não a matriz.

AISI M1 high speed steel hardened at 1175 C and triple tempered at 480 C, 62 HRC, 2% nital, 1000x — Fig. 63. M1 aquecido a 1175 °C, temperado em óleo e revenido três vezes a 480 °C, 62 HRC. Martensita com carboneto não dissolvido. Nital 2%, 1000x.

AISI M4 high speed steel hardened at 1220 C and double tempered at 480 C, undissolved carbide, 1000x — Fig. 65. M4 aquecido a 1220 °C, temperado em óleo e revenido duas vezes a 480 °C, 62 HRC. Martensita com carboneto não dissolvido, que é mais pesado aqui do que no M1 devido ao maior teor de vanádio. Reagente de Vilella, 1000x.

A mesma regra é visível em toda a família do molibdênio, onde um maior teor de liga compra resistência ao desgaste com uma carga de carbonetos mais pesada. As estruturas temperadas do M2 e do M42, os dois graus mais frequentemente comparados entre si, estão na microestrutura do aço ferramenta página, e a comparação de propriedades dos graus de aço rápido está na tabela de propriedades do aço rápido.

Por que a rota de lingote precisa de ajuda

Aços rápidos altamente ligados são difíceis de produzir por lingotamento, porque a liga e o carboneto segregam à medida que o lingote solidifica e o rendimento do lingote até a barra acabada é baixo. A segregação também sobrevive ao trabalho a quente como bandeamento, que é o que um macroataque de uma barra grande mostra, e deixa o centro de uma barra grande com uma população de carbonetos mais pesada e grosseira do que a parte externa. A rota de metalurgia do pó resolve isso solidificando o aço como pó, de modo que não há lingote nem segregação macroscópica a herdar. Alguns graus existem apenas como produto de metalurgia do pó por esse motivo.

T15 pela rota de metalurgia do pó

As quatro placas abaixo acompanham um grau de metalurgia do pó desde a etapa de consolidação até a estrutura temperada acabada. A primeira é o material como saiu de uma prensa isostática a quente e depois resfriado lentamente, o que o deixa parcialmente recozido a 28 HRC com carboneto fino distribuído uniformemente pela matriz e sem segregação em nenhum ponto do campo. A segunda é o mesmo material após ser prensado, forjado e recozido, que é a condição de entrega totalmente recozida a 24 HRC. Em ambas, o carboneto é fino e uniformemente distribuído, que é o objetivo principal da rota.

Powder metallurgy T15 high speed steel after hot isostatic pressing, partially annealed, 3% nital, 1000x — Fig. 79. T15 produzido por metalurgia do pó, resfriado lentamente após prensagem isostática a quente, 28 HRC. A estrutura é parcialmente recozida, com carboneto fino uniformemente distribuído e sem segregação visível. Nital 3%, 1000x.

Powder metallurgy T15 high speed steel forged and fully annealed, 3% nital, 1000x — Fig. 80. T15 produzido por metalurgia do pó, prensado isostaticamente a quente, forjado e recozido, 24 HRC. A estrutura é totalmente recozida. Nital 3%, 1000x.

As duas últimas placas são a condição temperada. A amostra foi aquecida a 1230 °C por 5 minutos em banho de sal, temperada em óleo e revenida três vezes por 2 h a 540 °C para atingir 65 HRC, e é mostrada duas vezes sob dois reagentes diferentes. O nital dá a leitura padrão de martensita com carboneto não dissolvido, e o reagente de metabissulfito separa o carboneto da matriz com mais força, que é o reagente a usar quando a população de carbonetos precisa ser contada, e não apenas vista.

Powder metallurgy T15 high speed steel hardened at 1230 C and triple tempered at 540 C, 65 HRC, 1000x — Fig. 81. A mesma amostra de T15 após têmpera, aquecida a 1230 °C por 5 min em sal, temperada em óleo e revenida três vezes por 2 h a 540 °C, 65 HRC. Nital 3%, 1000x.

Powder metallurgy T15 high speed steel etched in HCl and metabisulfite reagent, 1000x — Fig. 82. A mesma amostra de T15 temperada, atacada em 100 mL de água, 1 mL de HCl, 1 g de K2S2O5 e 1 g de NH4 · HF, o que separa o carboneto da matriz com mais força do que o nital. 1000x.

O que exigir em um grau de metalurgia do pó

Duas perguntas separam uma boa entrega de metalurgia do pó de uma ruim, e ambas são respondidas na micrografia, e não no certificado. A primeira é se o carboneto está distribuído uniformemente, sem bandeamento ou fileira visível, o que as placas acima mostram e um macroataque da barra confirma em escala mais grosseira. A segunda é se a dureza recozida está dentro da faixa especificada para o grau, porque uma barra de metalurgia do pó parcialmente recozida usina de forma diferente de uma totalmente recozida e as duas condições podem parecer semelhantes à primeira vista. Exigir por escrito a condição de entrega e o estado de recozimento, ao lado da dureza, é o que torna as duas comparáveis.

Os próprios tipos de carboneto estão listados na tipos de carbonetos e dureza página, a fração volumétrica que cada grau contém está na fração volumétrica de carboneto página, e os graus e seus equivalentes estão na graus de aço rápido página.

Compilado do ASM Handbook, Volume 9, Metallography and Microstructures, artigo Metallographic Techniques for Tool Steels de George F. Vander Voort, ASM International, 2004 (seção de metalurgia do pó, Fig. 63, 65 e 79 a 82). Cada legenda foi lida da camada de texto pesquisável do arquivo e conferida com a placa impressa, e cada placa foi recortada do arquivo com 1,5 vez a sua largura em pixels impressa. As placas são um resumo de referência da prática publicada, e não uma especificação da Aobo Steel, portanto confirme o grau, a rota e a dureza de entrega com o certificado de ensaio do material antes de fazer um pedido.