Aço ferramenta | Condição de entrega e estrutura

Condição de entrega da barra de aço ferramenta, laminado e recozido

Duas barras do mesmo grau de aço ferramenta podem chegar com estruturas diferentes e durezas diferentes, e a diferença é decidida por como a barra resfriou após o último passe de laminação e por qual recozimento foi aplicado depois. Esta página reúne as estruturas laminadas de L6, S4, S5 e L1, a rede de carbonetos nos contornos de grão que um grau de alto carbono adquire na linha de laminação, e as estruturas recozidas de usina contra totalmente recozidas de W4, W1 e H26, para que a condição de entrega no certificado possa ser comparada com a estrutura na barra.

Do que depende a estrutura laminada

A estrutura que uma barra de aço ferramenta apresenta ao sair da linha de laminação é definida pela temperabilidade do grau e pela taxa de resfriamento que a barra sofreu após o último passe. Um grau resistente ao choque com teor moderado de liga pode sair de ambas as formas, e as duas placas S4 abaixo são o mesmo grau resfriado a duas taxas diferentes. O contato térmico deficiente com o leito de resfriamento deixa a mais lenta como ferrita e perlita, e um resfriamento mais rápido a leva para a faixa de bainita e martensita e deixa a barra mais dura e mais sensível a trincas do que o certificado sugere.

AISI S4 tool steel as-rolled with ferrite and pearlite after slow cooling, 4% picral, 500x — Fig. 12. S4 laminado, ferrita em branco com perlita em uma barra que resfriou lentamente após a laminação. 4% picral, 500x.

AISI S4 tool steel as-rolled and faster cooled, bainite and martensite, 4% picral, 500x — Fig. 13. A mesma barra laminada S4 resfriada a uma taxa mais rápida, resultando em bainita e martensita em manchas sem traços, em vez da ferrita e perlita acima. 4% picral, 500x.

A mesma divisão aparece em toda a família. L6 e S5 chegam como bainita e martensita de um resfriamento normal de laminação, e as placas abaixo são a leitura esperada de uma inspeção de recebimento desses dois graus.

AISI L6 tool steel as-rolled with bainite and martensite, 2% nital, 500x — Fig. 11. L6 laminado, bainita e martensita em branco. 2% nital, 500x.

AISI S5 tool steel as-rolled with bainite and martensite, 2% nital, 500x — Fig. 14. S5 laminado, bainita e martensita em branco. 2% nital, 500x.

Redes de carbonetos nos contornos de grão provenientes da linha de laminação

Uma estrutura mais séria que uma variação de dureza é a rede de carbonetos. Alguns aços ferramenta, em particular os graus de trabalho a quente com 5% de cromo e os aços para moldes plásticos com 12% de cromo, formam redes nos contornos de grão austeníticos prévios durante o trabalho a quente, e os graus de alto carbono temperáveis em água as formam quando a barra resfria através da faixa de precipitação de carbonetos após o último passe. L1 laminado e resfriado deixa perlita com uma rede de cementita nos contornos, que o ataque com picrato de sódio alcalino colore para que a rede possa ser traçada, e um grau temperável em água com 1,31% C mostra a mesma rede após resfriamento a partir da temperatura de laminação.

AISI L1 tool steel as-rolled, pearlite with grain boundary cementite network, 100x — Fig. 16. L1 laminado, perlita com uma rede de cementita nos contornos de grão, colorida com picrato de sódio alcalino em ebulição. 100x.

Grain boundary carbide networks after cooling from the hot rolling temperature, alkaline sodium picrate, 500x — Fig. 19. Redes de carbonetos nos contornos de grão em um grau temperável em água de alto carbono (1,31% C, 0,35% Mn, 0,25% Si) após resfriamento a partir da temperatura de laminação a quente, reveladas com picrato de sódio alcalino a 90 °C por 60 s. 500x.

Uma rede como essa é difícil de remover durante o recozimento e prejudica a ductilidade à tração e a tenacidade mesmo quando é apenas semicontínua, razão pela qual os graus que a formam são normalizados antes de serem recozidos. Fios de carboneto de liga complexo são a outra estrutura prejudicial da linha de laminação, e um exemplo no aço de trabalho a quente H13 está na microestrutura do aço ferramenta página. Se uma barra chega com uma rede pesada e as peças feitas a partir dela trincam em serviço, a rede é a primeira estrutura a ser examinada, e ela é verificada na barra recozida antes de o material ser liberado para a oficina.

Recozido de usina contra totalmente recozido

Uma entrega descrita como recozida pode significar duas coisas diferentes, e a diferença merece uma pergunta na fase de pedido. Um recozimento de usina é um recozimento subcrítico realizado na usina para levar a barra a uma condição usinável, e não dissolve a perlita lamelar que a linha de laminação deixou. Um recozimento pleno austenitiza o aço e o resfria através da faixa de transformação lentamente o suficiente para que o carboneto se esferoidize completamente. As três placas abaixo são a mesma família em ambas as condições, e os valores de dureza correspondentes são 187 HB para o W4 recozido de usina contra 170 HB para o W4 totalmente recozido da mesma composição química.

AISI W4 tool steel as received mill annealed, spheroidal cementite with lamellar pearlite, 187 HB, 1000x — Fig. 22. W4 (0,98% C, 0,74% Mn, 0,14% Cr, 0,19% Ni) como recebido, recozido de usina, 187 HB. Cementita esferoidal em matriz ferrítica com uma quantidade considerável de perlita lamelar ainda presente. 4% picral, 1000x.

AISI W4 tool steel fully annealed, spheroidal cementite with no lamellar pearlite, 170 HB, 1000x — Fig. 23. W4 (0,96% C, 0,66% Mn, 0,23% Cr) como recebido, totalmente recozido, 170 HB. Cementita esferoidal em matriz ferrítica sem constituinte lamelar presente. 4% picral, 1000x.

AISI W1 tool steel as received mill annealed, lamellar pearlite and spheroidal cementite, 170 HB, 3% nital, 1000x — Fig. 24. W1 (0,94% C, 0,21% Mn) como recebido, recozido de usina, 170 HB. Uma mistura de perlita lamelar e cementita esferoidal em matriz ferrítica, com algumas partículas grandes de carboneto globular. 3% nital, 1000x.

A consequência prática é que uma barra recozida de usina usina-se com acabamento diferente, e responderá ao ciclo de têmpera de forma um pouco diferente porque parte de seu carboneto ainda é lamelar. Para um bloco de matriz que será desbastado e depois temperado, a diferença raramente importa. Para uma peça com muita usinagem ou uma dimensão apertada antes da têmpera, importa, e a estrutura a solicitar é um recozimento pleno. A mesma distinção está por trás do recozimento para esferoidização na gráfico de recozimento e normalização página.

Dispersão de carbonetos de liga em um grau de alta liga

Os graus de alta liga temperáveis em água e de trabalho a quente não retêm perlita lamelar na condição recozida. O H26 recozido a partir de 900 °C com resfriamento controlado até 650 °C resulta em 22 a 23 HRC como uma dispersão de partículas finas de carboneto de liga em matriz ferrítica, que é a estrutura que torna o grau usinável. É lido com picral e HCl em vez de nital, porque o carboneto está suficientemente fino para que um ataque simples com nital não o separe da matriz.

AISI H26 tool steel annealed, fine alloy carbide dispersion in ferrite, 22 to 23 HRC, 500x — Fig. 36. H26 recozido por austenitização a 900 °C e resfriamento a 8,5 °C/h até 650 °C, depois resfriamento ao ar, 22 a 23 HRC. Uma dispersão de partículas finas de carboneto de liga em matriz ferrítica. Picral com HCl, 10 s, 500x.

Leitura de uma entrega na ampliação correta

A última placa é a razão pela qual uma verificação de entrega é feita a 500x ou 1000x em vez de 100x. O mesmo corpo de prova de A10 recozido de usina que apresenta uma estrutura resolvível em alta ampliação mostra quase nada além de um campo cinza a 100x, e uma verificação lida nessa ampliação aprovará uma barra cujo carboneto é mais grosso do que a especificação permite. A verificação de rotina é uma seção transversal a 500x com o ataque que o grau normalmente é lido, e a seção longitudinal é adicionada quando a questão é bandeamento ou uma rede, em vez do tamanho do carboneto.

AISI A10 tool steel as received mill annealed at 100x, structure poorly resolved, nital — Fig. 34. Aço ferramenta A10 como recebido, recozido de usina, seção tomada transversalmente à direção de laminação. A 100x a estrutura é mal resolvida, razão pela qual uma verificação de entrega é lida a 500x ou 1000x em vez de em baixa ampliação. Nital, 100x.

Os ataques para cada uma dessas estruturas estão listados na microestrutura do aço ferramenta página, e os ciclos de forno que produzem uma estrutura totalmente esferoidizada estão na tabela de temperaturas de recozimento e normalização.

Compilado do ASM Handbook, Volume 9, Metallography and Microstructures, artigo Metallographic Techniques for Tool Steels de George F. Vander Voort, ASM International, 2004 (seções de microestrutura laminada e recozida, Fig. 11 a Fig. 14, Fig. 16, 19, 22 a 24, 34 e 36). Cada legenda foi lida da camada de texto pesquisável do arquivo e verificada contra a placa impressa, e cada placa foi recortada do arquivo a 1,5 vezes sua largura em pixels impressa. As placas são um resumo de referência da prática publicada, e não uma especificação da Aobo Steel, portanto confirme a condição de entrega, o estado de recozimento e a dureza contra o certificado de ensaio do material antes de fazer um pedido.