Tratamento térmico de aço para ferramentas M2

Este guia, baseado em nosso profundo conhecimento, visa fornecer a você informações diretas e práticas sobre Aço para ferramentas M2 tratamento térmico processo. Um download gratuito do PDF sobre tratamento térmico de aço para ferramentas M2 está disponível no final da página.

1. Por que o tratamento térmico adequado do aço M2 é crucial

O objetivo de um controle meticuloso Tratamento térmico de aço para ferramentas M2 O objetivo é desenvolver uma microestrutura final de martensita temperada combinada com uma fina dispersão de carbonetos duros e complexos de "endurecimento secundário". Essa estrutura específica é o que confere ao aço para ferramentas M2 sua renomada combinação de alta dureza, excelente resistência ao desgaste e capacidade de manter essas propriedades em temperaturas elevadas. Para obter informações detalhadas sobre as propriedades do M2, leia o Propriedades do aço para ferramentas M2.

2. As quatro etapas principais do tratamento térmico do aço para ferramentas M2

A jornada para desbloquear todo o potencial do aço M2 envolve quatro estágios térmicos distintos, mas interconectados: pré-aquecimento, austenitização, têmpera, e têmpera. 

2.1 Pré-aquecimento

Embora o pré-aquecimento não endureça diretamente o aço, é uma etapa preparatória vital na Tratamento térmico de aço para ferramentas M2 processo. Suas principais funções incluem:

• Reduzindo o choque térmico: Minimiza o risco de distorção ou rachaduras quando ferramentas frias entram em contato com um forno quente.
• Alívio do estresse: Ajuda a aliviar algumas tensões internas de usinagem ou conformação anteriores.
• Aumentando a produtividade: Pode reduzir o tempo necessário no forno de austenitização de alta temperatura.
• Proteção de superfície: Em fornos sem atmosfera perfeitamente neutra, o pré-aquecimento reduz a potencial carburação ou descarbonetação.

Práticas de pré-aquecimento recomendadas para aço M2:

Para aços rápidos como o M2, um pré-aquecimento em duas etapas é frequentemente usado, particularmente no endurecimento comercial em banho de sal:

• Primeiro pré-aquecimento: 650-760°C (1200-1400°F).
• Segundo pré-aquecimento: 815-900°C (1500-1650°F).

No tratamento térmico atmosférico ou a vácuo, um único pré-aquecimento entre 790-845 °C (1450-1550 °F) é típico. Especificamente para M2, as temperaturas de pré-aquecimento comuns são 650 °C (1200 °F) ou 815 °C (1500 °F).

A duração do pré-aquecimento deve ser suficiente para garantir que toda a seção transversal da peça atinja uma temperatura uniforme; para o aço M2, esse tempo é normalmente de 10 a 12 minutos. Ao contrário do aço D2, que se beneficia de um aquecimento inicial lento, o aço M2 responde melhor a um rápido aumento de temperatura do pré-aquecimento até a temperatura de austenitização.

2.2 Austenitização (endurecimento)

A austenitização é onde a magia do endurecimento realmente começa Tratamento térmico de aço para ferramentas M2. O aço é aquecido a uma alta temperatura para dissolver vários carbonetos de liga complexos, o que é essencial para o desenvolvimento das propriedades desejadas.

Principais parâmetros de austenitização para aço M2:

• Faixa de temperatura: O aço M2 requer aquecimento muito próximo ao seu ponto de fusão – normalmente entre 28-56°C (50-100°F). Para o aço M2, a temperatura de austenitização recomendada é de aproximadamente 1230°C (2250°F). A faixa geral para aços rápidos é de 1150-1290°C (2100-2350°F).
• Tempo de espera: Este tempo é surpreendentemente curto para aços-ferramentas de alta velocidade, geralmente de 2 a 6 minutos. O tempo exato depende do tipo de M2, do design da ferramenta e do tamanho da seção transversal. Por exemplo, uma seção de 150 mm (6 polegadas) de espessura pode exigir um tempo máximo de espera de 5 a 6 minutos.
• Controle de atmosfera: Devido às temperaturas extremamente altas, uma atmosfera controlada é crucial para evitar problemas de superfície, como incrustação e descarbonetação. Fornos de banho de sal são frequentemente preferidos por esse motivo.

Durante a austenitização, a ferrita e os carbonetos de liga se transformam em uma estrutura de grãos de austenita. A temperatura de austenitização determina o carbono e os elementos de liga dissolvidos na austenita, o que influencia diretamente a dureza após a têmpera e a quantidade de austenita retida. Temperaturas de austenitização mais altas geralmente resultam em maior dureza após o revenimento, especialmente no pico de têmpera secundária.

2.3 Têmpera

Após a austenitização, o resfriamento rápido — ou têmpera — é necessário para transformar a austenita em martensita, a estrutura de matriz dura desejada no aço para ferramentas M2.

Métodos eficazes de têmpera para aço M2:

• Meio de têmpera: O M2 pode ser temperado com eficácia em óleo, ar ou banho de sal neutro. O resfriamento a ar é o menos drástico e pode ser suficiente para que seções M2 menores ou mais finas atinjam a condição martensítica. As têmperas em óleo são normalmente seguidas por resfriamento a ar até uma temperatura próxima à ambiente.
• Têmpera em banho de sal: Esses banhos geralmente são mantidos em torno de 540-595°C (1000-1100°F).
• Técnica de têmpera: Para minimizar o estresse, a distorção e garantir o resfriamento uniforme, mergulhe seções planas ou tubulares verticalmente no meio de têmpera.
• Resfriamento pós-têmpera: É essencial resfriar a peça a pelo menos 65°C (150°F) antes de iniciar o revenimento.

Uma característica de aços de alto carbono e alta liga, como o M2, é a presença de "austenita retida" após a têmpera, visto que a transformação do 100% em martensita raramente ocorre imediatamente. A austenita retida pode comprometer a dureza, a resistência e a estabilidade dimensional. Para resolver esse problema, tratamentos criogênicos ou abaixo de zero (por exemplo, resfriamento de -30 °C a -120 °C) podem ser aplicados após um revenimento inicial para converter ainda mais a austenita retida em martensita, aumentando assim a dureza e a estabilidade.

2.4 Têmpera

A têmpera (ou estiramento) é a etapa final e crítica na Tratamento térmico de aço para ferramentas M2Após a têmpera, o aço fica extremamente duro, mas também altamente sujeito a tensões e quebradiço. A têmpera resolve esse problema por meio de:

• Aumento da resistência.
• Desenvolvendo “dureza secundária”, uma característica fundamental dos aços para ferramentas de alta liga.
• Aliviando tensões internas.
• Fundamentalmente, transformando a austenita retida em martensita nova (que é então revenida em ciclos subsequentes).
• Carbonetos complexos precipitantes que melhoram ainda mais a dureza secundária.

Melhores práticas de revenimento para aço M2:

• Têmperas múltiplas são obrigatórias: Aços para ferramentas de alta velocidade, como o M2, requerem universalmente múltiplos ciclos de têmpera (tipicamente de 2 a 4). Para o M2, um mínimo de a têmpera dupla é essencial, e três revenimentos são frequentemente preferidos. Este processo de múltiplos estágios refina a estrutura do grão e revene qualquer martensita recém-formada a partir de austenita retida, aumentando significativamente a resistência ao desgaste e a vida útil da ferramenta.
• Temperaturas e duração do revenimento: A temperatura mínima de revenimento para a maioria dos graus M2 é de 540 °C (1000 °F). Um ciclo comum e eficaz para M2 é:

• Primeiro temperamento: 565°C (1050°F)
• Segundo temperamento: 550°C (1025°F)
• Terceiro temperamento (se usado): 540°C (1000°F) Cada ciclo deve durar 2 horas por polegada (25 mm) da seção transversal da ferramenta.

• Esfriando entre temperamentos: Deixe sempre a peça esfriar completamente à temperatura ambiente entre os ciclos de revenimento. Isso é vital para a transformação da austenita retida em martensita, que é então refinada na próxima etapa de revenimento.
• Pico de endurecimento secundário: Para otimizar a transformação da austenita retida e atingir a dureza secundária máxima, procure atingir o "lado direito (alto)" da curva de pico de dureza secundária durante o revenimento. Esse fenômeno permite que o M2 mantenha alta dureza mesmo nas temperaturas elevadas encontradas durante operações de usinagem de alta velocidade.

3. Obtenção de microestrutura ideal e Dureza em Aço M2

Um sucesso Tratamento térmico de aço para ferramentas M2 Transforma a ferrita e os carbonetos iniciais do aço em uma estrutura robusta, composta predominantemente por martensita revenida e uma distribuição fina e uniforme de carbonetos duros. Essa microestrutura refinada é diretamente responsável por atributos críticos de desempenho, como dureza, resistência ao desgaste e tenacidade à fratura.

Normalmente, os aços para ferramentas de alta velocidade M2 de uso geral são tratados termicamente para atingir uma dureza de 64 a 66 HRC. No entanto, com controle preciso sobre todo o processo, particularmente a temperatura de têmpera (para otimizar a dissolução do carboneto) e o revenimento subsequente, o M2 pode atingir níveis de dureza de 68 HRC e, em algumas variantes específicas de aço rápido, até 70 HRC.

Para a dureza M2 detalhada, leia o Dureza do aço para ferramentas M2.