Aço para ferramentas D2 é um aço endurecível ao ar com alto teor de carbono e alto teor de cromo, caracterizado por propriedades excepcionais resistência ao desgaste, excelente estabilidade dimensional durante a têmpera e alta resistência ao amolecimento.
Apesar de sua usinabilidade e soldabilidade desafiadoras devido ao seu alto teor de liga, este tipo de aço continua sendo amplamente utilizado em moldes de longa vida útil, matrizes de puncionamento e matrizes de conformação a frio. O tratamento térmico é crítico para o aço D2, pois transforma sua microestrutura para atingir a alta dureza, resistência ao desgaste e tenacidade necessárias. Da mesma forma, a solução de problemas para o aço ferramenta D2 também é importante. Se o tratamento térmico for realizado incorretamente, o aço D2 não atingirá a dureza e a resistência ao desgaste necessárias, tornando-o inadequado para aplicações exigentes. Por exemplo, o D2 frequentemente retém uma quantidade significativa de austenita após a têmpera inicial, o que pode levar à fragilidade e instabilidade dimensional. Portanto, o revenimento duplo ou triplo é essencial para converter essa austenita retida em uma estrutura martensítica estável e mais rígida e para aliviar as tensões internas, prolongando assim a vida útil da ferramenta e garantindo o desempenho ideal. Os ciclos de pré-aquecimento também são cruciais para evitar choques térmicos e minimizar a distorção.
Este artigo fornece uma "receita" abrangente para o tratamento térmico bem-sucedido de aço para ferramentas D2, incluindo as melhores práticas para cada etapa, medidas de controle de qualidade e técnicas eficazes de solução de problemas comuns, como distorção, trincas e problemas de dureza ou microestrutura. Ao compreender e seguir essas diretrizes, você pode prolongar significativamente a vida útil da ferramenta e otimizar o desempenho.
O tratamento térmico do aço D2 normalmente envolve três etapas básicas: aquecimento (austenitização), resfriamento rápido (têmpera) e reaquecimento a uma temperatura mais baixa (revenimento). Em cada etapa, o controle preciso do tempo e da temperatura é crucial para atingir o resultado desejado. Propriedades do aço D2 e microestrutura.
Etapas específicas do tratamento térmico para aço ferramenta D2
1. Preparação e Pré-aquecimento
O aço D2 deve ser desengordurado antes do tratamento térmico para evitar descoloração causada por óleos na superfície do aço.1 Colocar o aço D2 em atmosfera neutra controlada, vácuo ou forno de sal neutro e envolvê-lo em folha de aço inoxidável pode evitar a descarbonetação durante o tratamento térmico. Essa preparação é especialmente importante para peças menores de aço D2.
Após a aplicação da proteção superficial, o pré-aquecimento (sem endurecimento) deve ser realizado no aço D2 antes do tratamento térmico formal, especialmente quando um grande volume de material (mais de 30-50% do bloco inicial) tiver sido removido. O objetivo do pré-aquecimento é reduzir o risco de deformação e trincas durante o tratamento térmico subsequente.
As etapas de pré-aquecimento são as seguintes: Aqueça lenta e uniformemente o aço D2 a 649–677 °C (1200–1250 °F). Deixe de molho nessa temperatura por 1–2 horas para cada polegada (25,4 mm) de espessura. Em seguida, resfrie lentamente até a temperatura ambiente no forno.
É melhor iniciar o aquecimento do aço D2 em um forno frio, pois isso permite um processo de aquecimento mais lento e uniforme. Se o forno já tiver atingido a temperatura de pré-aquecimento, recomendamos colocar o material D2 sobre o forno para pré-aquecê-lo, eliminando assim a retração a frio e reduzindo o choque térmico, o que minimiza a formação de fissuras.
2. Austenitização (endurecimento)
Esta é a segunda etapa da operação de tratamento térmico. A austenitização transforma a estrutura ferrita-perlita em austenita e dissolve grande parte dos carbonetos. O aço D2 depende da dissolução de vários carbonetos de liga complexa durante a austenitização para desenvolver suas propriedades.
A faixa de temperatura para esta etapa é de 980 a 1025 °C (1796 a 1877 °F), e o tempo de imersão é normalmente de 45 a 60 minutos por polegada (1,8 a 2,4 minutos/mm) de espessura. Para itens com menos de 25,4 mm (1 polegada) de espessura, recomenda-se um tempo mínimo de imersão de 45 a 60 minutos. A imersão excessiva ou o superaquecimento podem destruir a estrutura molecular e causar fragilidade, enquanto a imersão insuficiente resulta em dureza insuficiente.
3. Resfriamento
Após a imersão, o aço é rapidamente resfriado a uma temperatura abaixo da temperatura de transformação, resultando em uma estrutura martensítica dura. A têmpera é a terceira etapa.
O aço para ferramentas D2 é temperado ao ar, e a têmpera ao ar é o método preferido para a têmpera deste tipo de aço. A têmpera ao ar pode reduzir significativamente a deformação e as alterações dimensionais. No entanto, para seções transversais muito grandes, o resfriamento a ar por si só pode não atingir a dureza total; nesses casos, a têmpera em óleo ou banhos de sal agitados podem ser considerados para garantir a transformação adequada.
Se o resfriamento a ar for selecionado, retire a peça D2 do forno e deixe-a esfriar naturalmente até aproximadamente 66 °C (150 °F). É essencial manter a peça selada em seu invólucro de alumínio até que todo o calor vermelho visível tenha desaparecido para evitar o contato com a atmosfera.
Se for necessário alisamento, ele deve ser realizado em uma temperatura acima de 205°C (400°F).
4. Tratamento Criogênico (Opcional, mas Recomendado)
O revenimento é uma etapa crítica do tratamento térmico após a têmpera, que visa reduzir a fragilidade, transformar a austenita retida e formar carbonetos na martensita, otimizando assim as propriedades do aço D2.
As temperaturas típicas de revenimento para D2 são em torno de 515 °C (960 °F) para o primeiro revenimento e 480 °C (900 °F) para o segundo. Se forem utilizados revenimentos múltiplos, cada revenimento subsequente deve ser realizado a uma temperatura ligeiramente inferior (por exemplo, 14 °C ou 25 °F mais baixa) do que o anterior para manter o nível de dureza original. Cada ciclo de revenimento requer um tempo de imersão de 2 horas por polegada (25 mm) de seção transversal. É fundamental não para subrevenir peças. Sempre deixe a peça esfriar até a temperatura ambiente entre os ciclos de revenimento para minimizar a austenita retida.
5. Têmpera
Revenimento (ou trefilação) é um tratamento térmico aplicado a aços endurecidos para aumentar a tenacidade e a ductilidade, aliviar tensões internas e atingir as propriedades mecânicas desejadas. Ele transforma a martensita temperada em martensita revenida. A martensita temperada é muito dura, mas também quebradiça e, sem revenimento, é altamente suscetível a trincas. O revenimento também refina a estrutura dos grãos.
O revenimento deve ser realizado imediatamente após a têmpera, assim que as peças atingirem uma temperatura de 52-65°C (125-150°F).
Recomendamos revenimento duplo para D2, ou mesmo revenimento triplo, para melhorar a resistência ao desgaste e o alívio de tensões. A temperatura para o primeiro revenimento é de 515 °C (960 °F), com um tempo de imersão de 2 horas por polegada (25 mm) de seção transversal. O segundo revenimento deve aguardar até que a temperatura retorne à temperatura ambiente após o primeiro revenimento. Revenimento secundário a 480 °C (900 °F), com imersão de 2 horas por polegada de seção transversal.
Embora uma única têmpera a 400 °F (205 °C) possa atingir 62 HRC, recomendamos uma têmpera dupla a 900 °F para melhorar a resistência ao desgaste e eliminar o estresse.
Para aço D2 endurecido, após retificação, soldagem ou usinagem por eletroerosão (EDM) significativa, também recomendamos o revenimento para alívio de tensões. Isso é realizado a uma temperatura de 14 a 28 °C (25 a 50 °F) inferior à temperatura de revenimento anterior. 2
Solução de problemas comuns de tratamento térmico D2
1. Baixa Dureza ou Resistência
Isso pode ser devido à temperatura de austenitização insuficiente ou tempo de retenção inadequado (“subaquecimento”), resultando em transformação martensítica incompleta.
É recomendável ajustar a temperatura de austenitização e garantir tempo de retenção suficiente, ou implementar múltiplos ciclos de revenimento, e considerar o tratamento criogênico para resolver problemas de austenita residual.
2. Distorção e Deformação
Tensões residuais geradas durante operações de usinagem ou forjamento em aço D2 são a principal causa. No entanto, também é possível que a uniformidade insuficiente do aquecimento da peça D2 durante o tratamento térmico tenha contribuído para o problema.
A solução envolve a implementação de um tratamento de alívio de tensões após a usinagem de desbaste e antes da têmpera, além de garantir o aquecimento uniforme dos componentes D2 durante o tratamento térmico. A uniformidade do aquecimento pode ser avaliada observando se a cor da parede do forno corresponde à da peça. Quando a parede do forno e a peça apresentam cores consistentes, isso indica que o componente D2 foi aquecido uniformemente.
3. Trincamento por têmpera
Resfriamentos excessivamente rápidos ou irregulares podem causar trincas, portanto, a taxa de resfriamento deve ser controlada. O alívio de tensões antes da têmpera ao ar também pode reduzir o risco de trincas.
4. Superaquecimento e queima
Temperaturas de austenitização excessivas ou imersão prolongada além dos tempos recomendados podem levar ao superaquecimento e até mesmo à queima do aço. Isso destrói ou queima a estrutura molecular, causando fragilidade e engrossamento dos grãos.
Siga rigorosamente a temperatura de austenitização e o tempo de espera recomendados.
5. Descarbonetação e Oxidação
Aquecer aços a altas temperaturas, sem o controle adequado da atmosfera, pode levar à oxidação (incrustação) e à descarbonetação (perda de carbono da superfície). A descarbonetação reduz a dureza da superfície e a resistência ao desgaste.
O uso de fornos de banho de sal ou de atmosfera controlada pode prevenir ou minimizar esses problemas. Alternativamente, envolver peças D2 em folha de aço inoxidável pode reduzir a probabilidade de descarbonetação.
6. Austenita Retida Excessiva
Altas temperaturas de austenitização, taxas de resfriamento rápidas e elementos de liga específicos podem resultar em quantidades significativas de austenita retida após a têmpera. Isso pode levar à instabilidade dimensional, pois a austenita retida pode se transformar espontaneamente em martensita não revenida em serviço.
Múltiplos tratamentos de revenimento podem transformar a austenita retida e revenir a martensita recém-formada. O resfriamento à temperatura ambiente entre os ciclos de revenimento também é fundamental para minimizar a austenita retida.
Resumo
Em resumo, o esquema acima é um esquema padrão de tratamento térmico para aço D2. Vários detalhes devem ser considerados neste processo, incluindo aquecimento irregular, que pode levar à deformação ou trincas. O superaquecimento ou o encharcamento excessivo durante a austenitização podem levar ao crescimento excessivo de grãos, tornando o aço quebradiço. Para obter os resultados do tratamento térmico do aço D2, Dureza do aço D2 A medição por si só não é suficiente para confirmar se o tratamento térmico é adequado. Outros indicadores de desempenho, como resistência, tenacidade, resistência ao desgaste e características microestruturais, refletem melhor a qualidade.
- ASM Internacional. (1991). Manual ASM, Volume 4: Tratamento Térmico. ASM Internacional. ↩︎
- Leed, RM (2007). Solucionador de problemas de fabricação de ferramentas e matrizes. Sociedade de Engenheiros de Fabricação (SME). ↩︎
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