O tratamento térmico de Aço M2 desempenha um papel significativo em seu excelente desempenho como ferramenta de corte. O tratamento térmico do M2 envolve a transformação da microestrutura totalmente recozida (composta principalmente por ferrita e carbonetos de liga) em uma microestrutura martensítica temperada e revenida contendo carbonetos, alcançando assim as propriedades desejadas da ferramenta de corte. Este processo normalmente consiste em quatro etapas principais: pré-aquecimento, austenitização, têmpera, e têmpera.
1. Pré-aquecimento
O pré-aquecimento é uma etapa essencial realizada em praticamente todos os aços para ferramentas. Sua finalidade é pré-condicionar as moléculas da peça, permitindo uma transformação mais uniforme e aceitável durante o aquecimento subsequente, reduzindo significativamente o risco de choque térmico e trincas. Embora o pré-aquecimento não endureça diretamente o aço, é uma etapa preparatória vital no processo de tratamento térmico do aço para ferramentas M2.
O aço M2 é normalmente pré-aquecido em duas etapas, com a primeira temperatura de pré-aquecimento variando de 650 a 760 °C (1200 a 1400 °F). A segunda temperatura de pré-aquecimento varia de 815 a 900 °C (1500 a 1650 °F).
O tempo de isolamento é de 10 a 12 minutos, para que toda a seção transversal do material M2 atinja uma temperatura uniforme.
2. Austenitização (endurecimento)
A austenitização é a segunda etapa e é uma reação dependente do tempo/temperatura. A faixa de austenitização para aço M2 é tipicamente de 1150 a 1290 °C (2100 a 2350 °F). Para máxima tenacidade e mínima distorção, aqueça rapidamente até 1177 °C (2150 °F); para máxima Dureza do aço M2 e resistência ao desgaste, aqueça até 1232°C (2250°F).
O tempo de isolamento é muito curto. Um exemplo de testes em blocos M2 de 25 mm x 25 mm x 25 mm (1" x 1" x 1") mostrou um tempo ótimo de imersão de 4,5 minutos, com leve supercozimento observado em 6 minutos. Para uma seção transversal de 150 mm (6") de espessura, um máximo de 5 a 6 minutos é típico.
3. Têmpera
Após a austenitização, a têmpera é necessária para transformar a austenita em martensita, a estrutura de matriz dura desejada no aço para ferramentas M2.
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.
Quando a temperatura do aço M2 cai para 65 °C (150 °F), a próxima etapa de revenimento deve ser realizada imediatamente para evitar a estabilização da austenita residual e prevenir a formação de trincas. Devido ao seu alto teor de liga, o aço M2 e outros aços rápidos podem conter quantidades significativas de austenita retida após a têmpera. Essa austenita retida é instável e pode se transformar espontaneamente em martensita não revenida e quebradiça à temperatura ambiente, levando à instabilidade dimensional e à redução da tenacidade.
4. Têmpera
O revenimento é a etapa crítica final. Ele serve para aliviar tensões, aumentar a tenacidade e desenvolver dureza secundária. O M2 deve passar por pelo menos dois processos de revenimento, e três processos de revenimento melhorarão ainda mais o desempenho. Este processo de múltiplas etapas é crucial para otimizar a transformação da austenita retida em martensita fresca e para revenir essa martensita recém-formada. Um único revenimento com a mesma duração é menos benéfico.
A temperatura para o primeiro revenimento do M2 é de 565 °C (1050 °F). A temperatura para o segundo revenimento é de 550 °C (1025 °F). Após cada processo de revenimento, aguarde o resfriamento do M2 até a temperatura ambiente antes de realizar o próximo processo de revenimento.
Curva de revenimento para aço rápido M2 para ferramentas. Para otimizar a transformação da austenita retida em martensita fresca durante a sequência de revenimento, o lado alto (direito) da curva de pico de dureza secundária é preferível, e o lado baixo (esquerdo) deve ser evitado.1
Temperaturas de revenimento e dureza alcançada. Com base no uso de uma temperatura de austenitização de 2250 °F (1230 °C)2
| Temperatura de têmpera | Dureza Rockwell temperada em óleo Rc | Dureza Rockwell temperada ao ar Rc |
| 300°F 150℃ | 66 | 66.5 |
| 400°F 205℃ | 65 | 65 |
| 500°F 260℃ | 64 | 63.5 |
| 600°F 315℃ | 63 | 62.5 |
| 700°F 370℃ | 62.5 | 62.5 |
| 800°F 425℃ | 63 | 62.5 |
| 900°F 480℃ | 65 | 63.5 |
| 1000°F 540℃ | 66 | 63.5 |
| 1050°F 565℃ | 66 | 63.5 |
| 1100°F 595℃ | 64.5 | 61.5 |
| 1150°F 620℃ | 62 | 60 |
| 1200°F 650℃ | 53.5 | 53 |
5. Microestrutura e propriedades do aço para ferramentas M2 tratado termicamente
- Microestrutura temperada: O aço, após a austenitização e têmpera, encontra-se em um estado altamente tensionado e suscetível a trincas. Consiste principalmente em martensita e austenita retida, juntamente com carbonetos de liga não dissolvidos. A martensita é inicialmente altamente tensionada devido à expansão volumétrica durante a transformação a partir da austenita.
- Microestrutura temperada e revenida: A microestrutura final consiste em martensita revenida contendo diversas dispersões de carbonetos de ferro e ligas. Essa estrutura de grãos refinados, com carbonetos de "endurecimento secundário" duros e bem dispersos, contribui para a combinação de dureza, tenacidade e excelente resistência ao desgaste do M2.
- Dureza: O M2 normalmente atinge uma dureza de 60-65 HRC, com ciclos de revenimento específicos produzindo alta dureza (por exemplo, 65,5 HRC após revenimento a 538 °C/1000 °F).
- Robustez: O revenimento aumenta significativamente a tenacidade do aço.
- Resistência ao desgaste: A presença de carbonetos de liga específicos (por exemplo, tipos M6C, M23C6, MC) formados durante o endurecimento secundário contribui significativamente para sua resistência ao desgaste.
- ASM Internacional. (1989). Manual ASM, Volume 16: Usinagem (p. 122). ASM Internacional. ↩︎
- Bryson, WE (2018). Tratamento térmico, seleção e aplicação de aços para ferramentas (pág. 82). Carl Hanser Verlag GmbH & Co. ↩︎
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