Microconstituintes em Aços Ferramenta Após Têmpera

Um aço ferramenta temperado não é uma única estrutura. É martensita, austenita retida e carbonetos não dissolvidos em conjunto, e a proporção de cada um determina a dureza que a peça atinge, a tenacidade que mantém e o quanto se movimenta durante o tratamento. Esta página apresenta as porcentagens volumétricas medidas para quatro aços ferramenta temperados a partir de suas temperaturas de austenitização recomendadas.

Os três constituintes

A martensita é o constituinte duro e fornece a dureza após a têmpera. Forma-se durante a têmpera, quando a austenita mantida na temperatura de austenitização resfria rápido o suficiente para se transformar sem difusão de carbono.

A austenita retida é a parte dessa austenita que nunca se transformou e ainda está presente à temperatura ambiente. É mais macia que a martensita e, como pode se transformar posteriormente, é o constituinte que se movimenta quando o aço é revenido ou usado a quente.

Os carbonetos não dissolvidos são os carbonetos de liga que nunca entraram em solução durante a austenitização. Eles conferem a resistência ao desgaste do grau, e o volume deixado não dissolvido aumenta com o teor de elementos formadores de carbonetos, principalmente cromo, molibdênio, tungstênio e vanádio.

O equilíbrio entre os três é definido pelo teor de liga do grau, pela temperatura de austenitização e pela têmpera. O teor de liga é a maior das três alavancas, porque a liga dissolvida baixa a temperatura na qual a martensita começa a se formar e, portanto, deixa mais austenita não transformada à temperatura ambiente.

Porcentagens volumétricas após a têmpera

Aço	Tratamento de têmpera	Dureza após têmpera, HRC	Martensita, % vol	Austenita retida, % vol	Carbonetos não dissolvidos, % vol
W1	790 °C (1450 °F), 30 min; WQ	67.0	88.5	9	2.5
L3	845 °C (1550 °F), 30 min; OQ	66.5	90	7	3.0
M2	1225 °C (2235 °F), 6 min; OQ	64	71.5	20	8.5
D2	1040 °C (1900 °F), 30 min; AC	62	45	40	15

Microconstituintes nos aços ferramenta W1, L3, M2 e D2 após têmpera a partir da temperatura de austenitização recomendada. WQ, têmpera em água; OQ, têmpera em óleo; AC, resfriamento ao ar. Fonte, Tabela 1 de Size Distortion in Tool Steels, em ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating.

O que os números dizem

O W1 é um grau ao carbono temperado em água, e sai da têmpera como praticamente só martensita. Mediu 88,5% em volume de martensita, com 9% em volume de austenita retida e 2,5% em volume de carbonetos não dissolvidos a 67,0 HRC. O L3 comporta-se de modo semelhante a 66,5 HRC, com 90% em volume de martensita e 7% em volume de austenita retida.

O M2 e o D2 seguem na direção oposta. Seu teor de liga mantém baixa a temperatura de início da martensita, de modo que uma fração muito maior da austenita sobrevive à têmpera. A austenita retida medida é de 20% em volume no M2 e 40% em volume no D2. A mesma liga deixa 8,5% em volume de carbonetos não dissolvidos no M2 e 15% em volume no D2. Nenhum dos graus atinge a dureza após a têmpera do W1, e a austenita retida é a razão.

Ambas as leituras são necessárias em conjunto. O volume de carbonetos é o que faz o aço ferramenta D2 manter o fio em trabalho abrasivo, enquanto o volume de austenita é grande parte da razão pela qual o mesmo grau é revenido, e em muitos trabalhos revenido duas vezes, antes de entrar em serviço.

Como a austenita retida é tratada

O revenimento é a resposta usual. À medida que a temperatura de revenimento sobe na faixa de 120 a 260 °C (250 a 500 °F), parte da austenita retida se transforma em bainita, e essa transformação é acompanhada por uma expansão de volume. Nos graus altamente ligados nem toda ela se transforma, de modo que alguma austenita permanece na estrutura após um único revenimento. Acima de aproximadamente 540 a 595 °C (1000 a 1100 °F), a cementita formada durante o revenimento se redissolve em carbonetos de liga, o que acrescenta uma expansão adicional de volume.

Esses dois efeitos são a razão pela qual os graus de alta liga são aqueles em que a sequência de revenimento é planejada em vez de estimada. A estrutura da qual os quatro graus partem é descrita grau por grau na página de microestrutura de aços ferramenta, a forma como a austenita retida é reduzida está descrita na página de austenita retida, e o movimento que a transformação produz está reunido na página de variação de volume. Onde a austenita precisa ser removida antes do revenimento em vez de durante ele, o tratamento é descrito na página de tratamento criogênico. O grau de alta velocidade na tabela, Aço ferramenta M2, é aquele em que a austenita retida é mais frequentemente citada.

Antes de usar esses valores

Esta página é um resumo de referência de prática publicada e não é uma especificação da Aobo Steel. As porcentagens volumétricas são os valores publicados para os quatro graus citados, no tratamento de têmpera indicado, e não serão reproduzidas exatamente por um forno, meio de têmpera ou temperatura de austenitização diferentes. O tratamento que uma ferramenta recebe permanece de responsabilidade do responsável pelo tratamento térmico.

Fonte: ASM Handbook, Volume 4, Heat Treating, ASM International, 1991.