Como tratar termicamente o aço D2 adequadamente

Tratamento térmico Aço D2 normalmente envolve três etapas básicas: aquecimento (austenitização), resfriamento rápido (têmpera) e reaquecimento a uma temperatura mais baixa (têmpera). Em cada estágio, o controle preciso do tempo e da temperatura é crucial para atingir a microestrutura e as propriedades desejadas.

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-aquecimento, a fim de eliminar a retração a frio e reduzir o choque térmico, minimizando assim 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 D2 é um aço para ferramentas endurecível ao ar, e a têmpera ao ar é o método preferido para a têmpera. 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. Têmpera

Revenimento (ou trefilação) é um tratamento térmico de aços endurecidos para melhorar a tenacidade e a ductilidade, aliviar tensões internas e atingir as propriedades mecânicas desejadas. Ele transforma a martensita recém-temperada em martensita revenida. A martensita recém-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

Resumo

Em resumo, o esquema acima é um esquema comum de tratamento térmico para aço D2. Há vários detalhes a serem considerados neste processo, como aquecimento irregular, que pode causar deformação ou rachaduras. O superaquecimento ou o encharcamento excessivo durante a austenitização podem levar ao crescimento excessivo de grãos, tornando o aço quebradiço. Para os resultados do tratamento térmico do aço D2, a medição da dureza por si só é insuficiente para confirmar se o tratamento térmico é apropriado. Outros indicadores de desempenho, como resistência, tenacidade, resistência ao desgaste e características microestruturais, refletem melhor a qualidade.

1. ASM Internacional. (1991). Manual ASM, Volume 4: Tratamento Térmico. ASM Internacional. ↩︎
2. Leed, RM (2007). Solucionador de problemas de fabricação de ferramentas e matrizes. Sociedade de Engenheiros de Fabricação (SME). ↩︎