Temperatura de austenitização D2: dissolução de carbonetos, dureza e austenita retida.

Tabela de temperaturas de austenitização D2

A melhor temperatura de austenitização de uso geral para o aço D2 é geralmente de 1010°C (1850°F). Ela equilibra a dissolução de carbonetos, a temperabilidade, o controle da austenita retida e a dureza final.

Uma temperatura mais elevada deve ser escolhida apenas quando a ferramenta exigir maior resistência ao desgaste ou uma resposta de endurecimento secundário, e quando este último processo puder controlar a austenita retida.

Faixa de temperatura de austenitização recomendada para D2

A faixa recomendada é de 980–1025°C (1795–1875°F). O ponto correto dentro dessa faixa depende se a ferramenta precisa de maior dureza, maior resistência ao desgaste, maior tenacidade ou melhor controle dimensional.

O erro comum é assumir que uma temperatura de austenitização mais alta sempre significa maior dureza. No caso do D2, isso não é correto. Acima da faixa útil, o excesso de dissolução da liga aumenta a austenita retida e reduz a dureza útil após o resfriamento.

Como escolher entre 980°C, 1010°C e 1025°C

A escolha deve ser baseada no risco de falha da ferramenta.

A austenitização próxima a 980 °C limita a solubilidade do carbono e do cromo, reduzindo a austenita retida e o risco dimensional, mas diminuindo o potencial de endurecimento. A austenitização a 1010 °C proporciona dissolução suficiente de carbonetos para uma alta temperabilidade, mantendo a austenita retida e o crescimento de grãos sob controle. A austenitização próxima a 1025 °C aumenta a solubilidade da liga e pode melhorar a resistência ao desgaste e o endurecimento secundário, mas só deve ser utilizada quando o resfriamento rápido, o possível tratamento criogênico e o revenido duplo puderem controlar a austenita retida resultante.

Como a temperatura de austenitização afeta a fração volumétrica de carbonetos em D2

O aço D2 contém um alto volume de carbonetos de liga ricos em cromo. Esses carbonetos conferem resistência ao desgaste abrasivo e não se dissolvem completamente durante a austenitização normal. À medida que a temperatura aumenta, mais carbonetos se dissolvem na austenita, reduzindo o volume de carbonetos não dissolvidos e enriquecendo a matriz com carbono e elementos de liga.

O objetivo da austenitização do D2 não é dissolver todos os carbonetos. O D2 precisa de carbonetos não dissolvidos em quantidade suficiente para resistir à abrasão, enquanto a matriz precisa de carbono e liga em quantidade suficiente para formar martensita dura após o resfriamento.

O JMatPro consegue prever a fração volumétrica de carboneto na austenitização D2?

O JMatPro e softwares similares podem estimar como a fração volumétrica de carbonetos se altera no aço D2 durante a austenitização, o que é útil para comparar tendências de temperatura. O resultado depende da composição exata, do modelo de banco de dados, do tempo de aquecimento e se o cálculo representa condições de equilíbrio ou condições práticas; portanto, uma fração volumétrica de carbonetos fixa não deve ser considerada universal para todos os aços D2. Para a seleção de materiais, a principal tendência se mantém: temperaturas de austenitização mais altas dissolvem mais carbonetos e enriquecem a matriz, mas também aumentam o risco de austenita retida.

Como os carbonetos e o carbono da matriz afetam a resistência ao desgaste do D2

A resistência ao desgaste do aço D2 depende do equilíbrio entre carbonetos duros e não dissolvidos e uma matriz martensítica dura. Os carbonetos resistem à abrasão; a matriz os mantém no lugar, impedindo que sejam arrancados em serviço. Uma temperatura muito baixa retém muito carbono nos carbonetos e torna a matriz subendurecida. Uma temperatura muito alta dissolve muitos carbonetos e aumenta a austenita retida.

A resistência ao desgaste não é melhorada simplesmente aumentando a temperatura de austenitização. O resultado útil provém do equilíbrio entre a retenção de carbonetos e o endurecimento da matriz.

Como a temperatura de austenitização afeta a austenita retida em D2

A austenita retida aumenta quando a temperatura de austenitização é muito alta. Temperaturas mais elevadas dissolvem mais carbono e cromo na austenita, e ambos os elementos estabilizam a austenita e reduzem as temperaturas de início e fim da transformação martensítica. Se a transformação martensítica não se completar à temperatura ambiente, parte da estrutura permanece como austenita retida.

Em termos gerais, o tratamento térmico padrão D2 pode deixar até 20% de austenita retida, e uma etapa subzero ou criogênica profunda seguida de revenido pode reduzi-la para menos de 2% sob condições controladas. O excesso de austenita retida diminui a dureza e causa alterações dimensionais tardias, portanto, altas temperaturas de austenitização devem ser usadas somente quando o processo posterior puder estabilizar a estrutura.

Como a temperatura de austenitização afeta a dureza D2 após têmpera

A dureza D2 após têmpera não aumenta indefinidamente com a temperatura. Ela aumenta até atingir uma faixa ideal e depois diminui se a temperatura for muito alta.

Em baixas temperaturas, a dissolução insuficiente de carbonetos deixa a matriz subenriquecida, e a martensita temperada pode não atingir a dureza esperada. Por volta de 1010 °C (1850 °F), a matriz recebe carbono e elementos de liga suficientes para formar martensita de alta dureza. Em temperaturas elevadas, o excesso de carbono e cromo se dissolve na austenita, o que suprime a formação de martensita e aumenta a austenita retida, podendo resultar em uma redução da dureza útil final.

Essa é a principal razão pela qual o D2 não deve ser superaquecido para se obter maior dureza.

Tempo de imersão para austenitização D2

O tempo de permanência é o tempo de espera após a peça D2 atingir a temperatura de austenitização, e não quando o controlador do forno indica a temperatura alvo. O objetivo é obter uma quantidade adequada de solução da liga sem crescimento de grãos ou excesso de austenita retida.

A imersão insuficiente deixa a matriz subenriquecida e reduz a dureza. A imersão excessiva aumenta o risco de crescimento de grãos, austenita retida, fragilidade e instabilidade dimensional.

Pré-aquecimento antes da austenitização

O pré-aquecimento é importante aqui apenas porque determina se o D2 atinge a temperatura de austenitização de maneira uniforme. O D2 possui baixa condutividade térmica, portanto, uma ferramenta fria aquecida diretamente à temperatura de austenitização pode resultar em uma superfície mais quente que o núcleo, aumentando a distorção e o risco de trincas. Um único pré-aquecimento a 649–677 °C (1200–1250 °F) equaliza a temperatura da maioria das ferramentas antes da austenitização, enquanto ferramentas grandes ou complexas exigem um processo mais gradual. A proteção da superfície por vácuo, atmosfera controlada, banho de sal ou envolvimento com folha de alumínio deve ser incluída em todo o processo.

Resfriamento após austenitização

O aço D2 endurece ao ar porque seu alto teor de liga retarda a formação de perlita e bainita durante o resfriamento, de modo que o resfriamento controlado a ar ou gás pode formar martensita com menos distorção do que o resfriamento líquido severo. A taxa de resfriamento ainda é importante: uma temperatura de austenitização correta ainda pode apresentar resultados insatisfatórios se o núcleo de uma seção espessa resfriar muito lentamente, portanto, o tamanho da seção e o método de resfriamento devem ser considerados em conjunto.

Erros comuns na austenitização D2

A maioria dos problemas de austenitização resulta de erros de temperatura, controle inadequado do tempo de imersão, proteção superficial insuficiente ou desconsideração das dimensões da seção transversal.

A austenitização D2 deve ser controlada pela temperatura real da peça, tamanho da seção transversal, uniformidade do forno, proteção da superfície e geometria da ferramenta, e não apenas pela temperatura do forno.