A2 Aço e Tratamento Térmico: Um Guia Completo

O tratamento térmico não é apenas uma etapa opcional para Aço A2É necessário desenvolver a combinação específica de alta dureza, resistência ao desgaste e tenacidade necessária para o uso eficaz como material para ferramentas e matrizes. Sem o tratamento térmico adequado, o aço A2 não teria a resistência e a durabilidade necessárias para um desempenho confiável em ambientes de fabricação exigentes, levando a falhas prematuras e ao aumento dos custos de produção. Portanto, a adesão a um ciclo de tratamento térmico bem definido e controlado é fundamental para maximizar a vida útil e o desempenho dos componentes feitos de aço para ferramentas A2.

A2 Propriedades mecânicas e desempenho

As propriedades mecânicas do aço A2 dependem muito de sua condição tratada termicamente.

Condição recozida: Usinabilidade

Antes do endurecimento, no recozido No estado, o aço A2 oferece boa usinabilidade. Sua classificação é em torno de 60%, em comparação com um aço carbono para ferramentas 1% (classificado como 100%). Isso facilita a conformação inicial e a fabricação das ferramentas. Aços para ferramentas recozidos geralmente apresentam dureza e resistência menores do que em seu estado endurecido.

Condição temperada e revenida: o equilíbrio ideal

O desempenho real do A2 é alcançado após a devida têmpera e revenimento. Este processo desenvolve uma forte combinação de:

• Resistência ao desgaste: O A2 oferece uma resistência ao desgaste muito boa, superior à dos aços resistentes a choques (como a série S).
• Robustez: Mantém boa tenacidade (resistência à fratura), melhor do que aços com alto teor de cromo e alto desgaste, como D2. Essa combinação o torna durável em aplicações que enfrentam desgaste abrasivo e impacto moderado.
• Dureza: Uma dureza de trabalho típica de 58-60 HRC é possível após o endurecimento (por exemplo, a partir de 968 °C / 1775 °F) e resfriamento ao ar. A2 pode endurecer completamente em seções de até cerca de 114 mm (4,5 polegadas).
• Estabilidade dimensional: Devido à sua natureza de endurecimento ao ar, o A2 apresenta boa estabilidade dimensional durante o tratamento térmico. A variação de tamanho é relativamente pequena e previsível (em torno de +0,001 pol./pol. ou +0,10%), simplificando o processo de obtenção das dimensões finais da ferramenta.
• Segurança no endurecimento: O A2 é conhecido por sua confiabilidade e segurança durante o processo de têmpera, minimizando riscos em comparação aos métodos de têmpera mais exigentes.

Considerações sobre propriedades de torção

• Resistência e Ductilidade: Quando endurecido, a resistência à torção do A2 geralmente excede a de Aço para ferramentas O1, atingindo o pico após um revenimento em baixa temperatura (em torno de 150 °C). É importante ressaltar que, ao contrário do O1, sua ductilidade torcional não cai significativamente nessas baixas temperaturas de revenimento.
• Energia de Impacto: Observe que a energia de impacto torcional pode ser mínima quando revenido em torno de 260 °C (500 °F). Essa faixa de temperatura pode ser evitada se a aplicação envolver carga de impacto torcional significativa. No entanto, a energia de impacto sem entalhe geralmente é boa quando o A2 é revenido para alta dureza.

Guia de Tratamento Térmico de Aço para Ferramentas A2

Alcançar o desempenho e a longevidade ideais do aço para ferramentas A2 depende inteiramente de um tratamento térmico preciso e executado corretamente. Como especialista em aço para ferramentas com mais de 20 anos de experiência em forjamento, a Aobo Steel fornece este guia para descrever as etapas essenciais para o processamento eficaz do aço A2. A adesão a esses procedimentos é fundamental para obter a dureza, a tenacidade e a estabilidade dimensional desejadas.

Pré-aquecimento

O pré-aquecimento é o primeiro passo essencial antes do endurecimento do aço A2.

Propósito:

• Minimize o choque térmico ao submeter o aço a temperaturas de austenitização mais altas. Isso é especialmente importante para componentes com variações significativas de espessura.
• Condicione a microestrutura do aço para as próximas transformações de fase.
• Alivia tensões residuais induzidas durante a fabricação ou usinagem.

Procedimento:

• Aqueça o aço A2 uniformemente até aproximadamente 1200°F (650°C).
• Certifique-se de que toda a peça atinja essa temperatura antes de prosseguir para a etapa de austenitização.

Austenitização (endurecimento)

Esta etapa transforma a estrutura do aço em austenita, dissolvendo carbono e elementos de liga essenciais na solução, o que é necessário para o endurecimento.

Procedimento:

• Aquecer o aço desde a temperatura de pré-aquecimento até a faixa de temperatura de endurecimento de 1750°F a 1800°F (955°C a 980°C). Um alvo comum é 1775°F (970°C).
• Tempo de imersão: Mantenha o aço na temperatura de austenitização selecionada por 1 hora por polegada (25 mm) da sua seção transversal mais espessa. A imersão adequada é crucial para uma transformação completa.
• Controle de atmosfera: Para evitar a descarbonetação da superfície (perda de carbono, levando à redução da dureza superficial), realize a austenitização em ambiente controlado. As opções incluem:
  • Forno de atmosfera neutra
  • Forno a vácuo
  • Banho de sal neutro
  • Envolver a peça com segurança em papel-alumínio de aço inoxidável também é um método comum e eficaz de proteção.

Resfriamento

A2 é um aço para ferramentas endurecível ao ar. Isso significa que ele atinge a dureza ao resfriar ao ar após a austenitização.

Procedimento:

• Retire o aço do forno e deixe esfriar ar parado à temperatura ambiente.
• O resfriamento transforma a austenita em martensita, a microestrutura rígida responsável pela resistência ao desgaste do A2.
• Certifique-se de que a taxa de resfriamento seja suficiente para evitar a formação de fases mais macias, especialmente no núcleo de seções maiores.
• Resultado esperado: A dureza temperada normalmente atinge ~64 HRC. Entretanto, o aço nesse estado é muito frágil e contém tensões internas.
• Mudança dimensional: Espera-se uma expansão de aproximadamente 0,001 pol./pol. (0,001 mm/mm) durante a têmpera. Esteja ciente de que geometrias complexas podem causar alguma distorção.

Têmpera

Temperar é uma obrigatório etapa imediatamente após a têmpera. Reduz a fragilidade e as tensões internas, aumentando significativamente a tenacidade do aço.

Procedimento:

• Têmpera dupla: A têmpera dupla O tratamento é fortemente recomendado para aço A2. Isso garante o máximo alívio de tensões, estabilidade microestrutural e a transformação de qualquer austenita retida (austenita não transformada restante após a têmpera), o que é fundamental para a estabilidade dimensional em serviço.
• Temperatura: Selecione a temperatura de têmpera com base no equilíbrio final desejado de dureza e tenacidade, normalmente entre 375°F e 1000°F (190°C a 540°C)Temperaturas mais baixas produzem maior dureza, mas menor tenacidade; temperaturas mais altas aumentam a tenacidade, mas reduzem a dureza. A prática comum envolve uma primeira têmpera em torno de 400°F (205°C) e um segundo ao redor 375°F (190°C), mas ajuste com base nos requisitos.
• Duração: Mantenha o aço na temperatura de têmpera escolhida por um período mínimo de 2 horas por polegada (25 mm) da seção mais fina para cada ciclo de têmpera. Deixe a peça esfriar completamente à temperatura ambiente entre as têmperas.

Alívio do estresse

O alívio de tensões pode ser aplicado em diferentes estágios para minimizar o risco de distorção e rachaduras.

Material não endurecido para alívio de tensões

• Se necessário antes do endurecimento (por exemplo, após usinagem pesada), aqueça lentamente para 1200°F–1250°F (649°C–677°C).
• Deixe de molho por 2 horas por polegada de espessura.
• Deixe esfriar lentamente, de preferência no forno, até a temperatura ambiente.

Material endurecido para alívio de tensões

• Isso é altamente recomendado após operações em peças endurecidas, como retificação pesada, soldagem ou usinagem por descarga elétrica (EDM).
• Temperar a peça a uma temperatura aproximada 25°F a 50°F (14°C a 28°C) abaixo a temperatura final de têmpera usada anteriormente.

Considerações importantes

• Segurança de endurecimento: O aço A2 oferece boa segurança no endurecimento e geralmente apresenta menos distorção do que os aços endurecíveis em óleo.
• Atmosfera: Manter a atmosfera correta do forno durante a austenitização é crucial para evitar danos oxidação e descarbonetação.
• Austenita retida: Têmpera inadequada ou revenimento insuficiente (especialmente a omissão do segundo revenimento) pode deixar austenita retida, levando a uma potencial instabilidade dimensional posterior. O revenimento duplo resolve esse problema de forma eficaz.

Efeito do tratamento térmico no aço A2

Por que o tratamento térmico é importante para o aço A2

O tratamento térmico é um processo fundamental para o aço ferramenta A2. Envolve ciclos de aquecimento e resfriamento cuidadosamente controlados. Por que fazemos isso? Para alterar a microestrutura interna do aço. Essa alteração controlada é como alcançamos as propriedades mecânicas específicas – como dureza e tenacidade – necessárias para aplicações exigentes. Entender esse processo é fundamental para obter o melhor desempenho do aço A2.

Alcançando Dureza

A principal maneira de aumentar a dureza do aço A2 é através têmpera.

• O processo: Isso significa aquecer o aço a uma temperatura específica austenitização temperatura e, em seguida, resfriando-o rapidamente. Para o A2, sendo um aço endurecível ao ar, esse resfriamento normalmente é feito ao ar.
• O resultado: O resfriamento rápido transforma a estrutura do aço em martensita, que é muito duro. O teor de carbono no aço A2 influencia diretamente a dureza máxima alcançável.
• O Desafio: Embora duro, o aço é imediatamente após a têmpera (como-extinto) costuma ser muito frágil para a maioria das aplicações de ferramentas. Necessita de processamento adicional.

Desenvolvendo Resistência

A dureza é importante, mas as ferramentas também precisam de tenacidade – a capacidade de resistir a lascas ou quebras. Isso é alcançado por meio de têmpera.

• O processo: Após a têmpera, o aço é reaquecido a uma temperatura precisa abaixo do seu ponto crítico, mantida por um tempo específico e então resfriado.
• O resultado: O revenimento modifica a estrutura frágil da martensita, reduzindo a fragilidade e aumentando significativamente a tenacidade.
• O equilíbrio: Há uma compensação direta controlada pela temperatura de têmpera.
  • Temperaturas de têmpera mais baixas resultam em maior dureza, mas menor tenacidade.
  • Temperaturas de têmpera mais altas aumenta a tenacidade, mas diminui a dureza.
  • Escolher a temperatura correta é fundamental para atender às demandas específicas da aplicação da ferramenta. Com nossa experiência, nós da Aobo Steel entendemos a importância desse equilíbrio.

Garantindo a estabilidade dimensional

O tratamento térmico envolve mudanças significativas de temperatura, que podem fazer com que o aço mude de forma ou tamanho. Controlando estabilidade dimensional é vital.

• Os desafios:
  • Aquecimento/resfriamento desigual: Pode causar empenamento, distorção ou até mesmo rachaduras, especialmente em peças com formatos complexos ou seções grossas.
  • Tensões de têmpera: O resfriamento rápido e as mudanças na estrutura interna durante a têmpera criam tensões internas que podem levar a mudanças dimensionais.
• As Soluções:
  • Aquecimento uniforme: Etapas adequadas de pré-aquecimento podem ajudar a garantir que a peça aqueça uniformemente.Resfriamento controlado: A natureza de endurecimento ao ar do A2 ajuda a reduzir o choque térmico em comparação com o resfriamento a óleo ou água
  aços. Ainda assim, o fluxo de ar controlado pode ser necessário para seções maiores. Têmpera: Este processo também alivia alguns
  • tensões internas introduzidas durante a têmpera, melhorando a estabilidade.
  • Técnicas avançadas: Métodos como tratamento térmico a vácuo podem oferecer controle dimensional superior ao eliminar reações de superfície como oxidação e descarbonetação.

Resumo: Adaptação das Propriedades do Aço A2

Em resumo, o tratamento térmico do aço para ferramentas A2 normalmente envolve:

1. Austenitização: Aquecimento até a temperatura correta para transformar a estrutura.
2. Têmpera: Resfriamento a ar para atingir alta dureza através da formação de martensita.
3. Têmpera: Reaquecimento para equilibrar dureza e tenacidade e aliviar o estresse.