AÇO PARA FERRAMENTAS O1 | 1.2510 | SKS3

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O que é aço para ferramentas O1? O aço para ferramentas O1 é um aço para ferramentas de baixa liga trabalhado a frio. Este aço possui um certo grau de temperabilidade e resistência ao desgaste, com deformação mínima por têmpera. A distribuição do carboneto é uniforme e as partículas são finas. Os fabricantes normalmente utilizam o aço para ferramentas O1 para fabricar matrizes de puncionamento a frio com pequenas seções transversais, formas complexas e diversos calibres e ferramentas de medição.

1. Aplicações

Para fornecer uma visão geral clara, categorizamos alguns dos usos mais frequentes do aço para ferramentas O1:

Categoria de aplicação

Usos específicos do aço para ferramentas O1

Principais benefícios alavancados

Matrizes e Punções

Matrizes de cunhagem, Matrizes de estampagem, Matrizes de conformação, Estamparia geral (punções e matrizes para tiragens curtas/moderadas), Matrizes de laminação de roscas, Matrizes de corte a frio

Alta resistência ao desgaste, boa tenacidade, estabilidade dimensional para conformação e estampagem de precisão.

Ferramentas de corte e usinagem

Brocas para ferramentas gerais de oficina (escolha econômica), lâminas de tesoura (especialmente as menores), machos, alargadores, fresas, serras de corte, cortadores circulares, brocas

Excelente retenção de fio, alta dureza para cortes limpos e maior vida útil da ferramenta.

Moldes e Peças de Precisão

Componentes de moldes de plástico (cavidades inseridas, cubos mestres), medidores, ferramentas mestres

Estabilidade dimensional essencial para precisão e boa resistência ao desgaste para longevidade do molde.

Ferramentas gerais e peças de desgaste

Cames, buchas, guias, mancais de deslizamento simples, seguidores de came, ferramentas de brunimento, ferramentas de serrilhamento, rolos de alimentação, ferramentas de conformação por rolos (execuções moderadas)

Equilíbrio entre resistência ao desgaste e tenacidade, estabilidade dimensional para componentes mecânicos confiáveis.

Outras ferramentas de oficina

Lâminas de tesoura pequenas, formões frios (embora W1 também seja comum para formões)

Versatilidade e bom desempenho geral para diversas ferramentas manuais e mecânicas.

2. Composição química

Para fornecer informações claras e práticas, apresentamos aqui uma análise detalhada da composição química típica do aço para ferramentas O1. Essas faixas e valores típicos são baseados em padrões estabelecidos pela indústria e refletem nossa vasta experiência no fornecimento de aços para ferramentas de alta qualidade:

Elemento

Símbolo

Alcance Padrão (%)

Valor típico (%)

Contribuição principal para a O1 Steel Properties

Carbono

C

0.85 – 1.00

~0.90 – 0.94

O principal elemento de endurecimento; crucial para atingir alta dureza e resistência ao desgaste.

Manganês

Mn

1.00 – 1.40

~1.20

Aumenta a temperabilidade (permitindo a têmpera em óleo), desoxida e controla o enxofre.

Silício

Si

Até 0,50

~0.32

Contribui para a resistência e dureza; também atua como desoxidante durante a fabricação de aço.

Cromo

Cr

0.40 – 0.60

~0.50 – 0.52

Melhora a temperabilidade e forma carbonetos de cromo, que aumentam a resistência ao desgaste.

Tungstênio

W

0.40 – 0.60

~0.50 – 0.53

Promove resistência ao desgaste e contribui para manter a dureza em temperaturas elevadas.

Vanádio

V

Até 0,30

~0.19 – 0.20

Refina a estrutura dos grãos para maior tenacidade; forma carbonetos de vanádio muito duros para excelente resistência ao desgaste.

Níquel

Ni

Máx. 0,30

–

Geralmente limitado; pode oferecer um ligeiro aumento de resistência, se presente.

Molibdênio

Mo

(Ver Nota 1)

–

Não é um elemento de liga primário ou intencional em O1; qualquer presença é normalmente muito baixa.

Fósforo

P

Máx. 0,035

–

Uma impureza mantida no mínimo para evitar fragilidade.

Enxofre

S

Máx. 0,040

–

Uma impureza minimizada para evitar um impacto negativo na tenacidade e na ductilidade.

Ferro

Fé

Equilíbrio

–

O metal base, constituindo o restante da liga.

Nota 1: Embora as especificações gerais para a série O de aços para ferramentas possam listar uma faixa mais ampla de Molibdênio (Mo), especificamente para o aço para ferramentas AISI O1, o Mo não é uma adição intencional. Sua presença é geralmente mínima, muitas vezes nem mesmo especificada, ou limitada a quantidades vestigiais.

2.1 A importância dos principais elementos de liga no aço para ferramentas O1

As percentagens cuidadosamente geridas destes elementos dentro do Composição química do aço para ferramentas O1 são o que define suas características de assinatura, tornando-o uma escolha confiável para muitas aplicações:

  • Carbono (C): Como pedra angular da dureza do aço O1, um teor de carbono tipicamente entre 0,90% e 0,94% é vital. Esse nível garante que o aço alcance excelente retenção de aresta e robusta resistência ao desgaste abrasivo após tratamento térmico adequado.

  • Manganês (Mn): Presente em cerca de 1,00% a 1,40%, o manganês é crucial para a capacidade de endurecimento em óleo do aço O1. Isso significa que ele pode ser temperado em óleo, resultando em menos distorção durante o tratamento térmico em comparação com os aços endurecíveis em água — uma vantagem significativa para a fabricação de ferramentas e componentes de precisão.

  • Cromo (Cr) e Tungstênio (W): Esses elementos, cada um tipicamente em torno de 0,50%, atuam em sinergia. O cromo aumenta a capacidade do aço de ser temperado profunda e uniformemente (temperabilidade), enquanto tanto o cromo quanto o tungstênio formam partículas de carboneto duro dentro da estrutura do aço. Esses carbonetos são essenciais para uma boa resistência ao desgaste.

  • Vanádio (V): Mesmo em quantidades relativamente pequenas (até 0,30%), o vanádio tem um impacto poderoso. Promove uma microestrutura de granulação fina, que contribui para a tenacidade geral do aço. Além disso, o vanádio forma carbonetos excepcionalmente duros, aumentando significativamente a resistência do aço ao desgaste e à abrasão.

aço ferramenta o1
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3. Propriedades Mecânicas

Entender as propriedades mecânicas do aço para ferramentas O1 é crucial para selecionar o material certo para garantir o desempenho ideal.

3.1 Resistência e dureza do núcleo do aço para ferramentas O1

A dureza e a resistência do aço para ferramentas O1 são fundamentais para seu desempenho em ferramentas:

  • Dureza: Após o tratamento térmico adequado, o aço para ferramentas O1 normalmente apresenta uma dureza de trabalho na faixa de 57 a 64 HRC. Endurece facilmente 62-63 HRC quando aquecido à sua temperatura crítica e temperado em óleo. Após a têmpera, geralmente pode-se esperar uma dureza em torno de 64-65 HRC. Este nível de dureza é essencial para aplicações que exigem boa resistência ao desgaste e retenção de arestas.

  • Limite de escoamento (deslocamento de 0,2%): O aço ferramenta O1 demonstra uma resistência ao escoamento confiável de aproximadamente 829 MPa (120,2 ksi). Este valor representa o ponto em que o material começará a se deformar permanentemente sob carga.

  • Resistência à Tração Máxima (UTS): A resistência à tração final para o aço para ferramentas O1 é normalmente em torno de 846 MPa (122,7 ksi), indicando o estresse máximo que ele pode suportar antes de se fraturar.

3.2 Principais características de desempenho do aço para ferramentas O1

Além da resistência e dureza básicas, diversas outras propriedades mecânicas definem como o aço para ferramentas O1 se comporta em serviço:

  • Ductilidade e comportamento de fratura: Embora o aço ferramenta O1 tenha uma deformação de fratura de cerca de 1,09%, ele apresenta considerável ductilidade antes da fratura. Isso se caracteriza por um estreitamento significativo e uma redução de área notável de aproximadamente 19,7%. A superfície de fratura normalmente apresenta um formato de cone-copo, indicativo de seu mecanismo de fratura dúctil. Esse comportamento fornece algum aviso antes da falha completa em certas aplicações.

  • Robustez: O aço para ferramentas O1 é geralmente considerado como tendo Dureza razoável a média. Isso proporciona um perfil de desempenho confiável adequado para uma ampla variedade de aplicações de ferramentas onde a resistência moderada ao impacto é suficiente.

  • Resistência ao desgaste: Você pode esperar Resistência ao desgaste razoável a média Feito de aço para ferramentas O1. Seu alto teor de carbono é um dos principais fatores que contribuem para sua capacidade de resistir ao desgaste em temperaturas normais de operação, além de oferecer boa resistência à abrasão.

  • Resistência ao Amolecimento (Dureza a Quente): É importante observar que o aço para ferramentas O1 tem uma Baixa ou fraca resistência ao amolecimento em temperaturas elevadas. Isso significa que sua dureza e resistência podem ser comprometidas se submetidas a calor significativo durante a operação, uma consideração importante para aplicações de alta temperatura.

  • Usinabilidade: Quando devidamente recozido, o aço para ferramentas O1 oferece Boa usinabilidade. Ele tem uma classificação de usinabilidade de 90, em comparação com um aço carbono 1% (classificado como 100), tornando-o relativamente simples de processar nos formatos desejados.

  • Estabilidade dimensional: O aço para ferramentas O1 é valorizado por sua Boas propriedades antideformantesCom procedimentos corretos de têmpera em óleo, ele apresenta alterações dimensionais mínimas, expandindo-se tipicamente em torno de 0,0015 polegadas por polegada. Essa previsibilidade resulta em menos distorção em comparação com aços endurecíveis em água, o que é essencial para ferramentas de precisão.

  • Segurança no endurecimento: Esta nota é classificada como Bom ou Médio a Alto em termos de segurança durante o processo de têmpera. Apresenta menor risco de trincas durante a têmpera em comparação aos aços para ferramentas endurecidos em água, oferecendo um resultado de tratamento térmico mais confiável.

  • Propriedades de compressão: Em termos de resistência à compressão, a resistência ao escoamento por compressão do aço para ferramentas O1 é relatada como sendo maior do que a do aço para ferramentas D2, o que lhe dá uma vantagem em aplicações onde altas cargas de compressão são um fator.

4. Tratamento térmico

Para garantir que suas peças de aço O1 ofereçam durabilidade e confiabilidade, descrevemos os estágios essenciais do Aço para ferramentas O1 tratamento térmico ciclo.

4.1 Pré-aquecimento: o primeiro passo essencial

Antes de qualquer operação de alta temperatura, o pré-aquecimento é um primeiro passo não negociável na Tratamento térmico de aço para ferramentas O1 processo. Esta etapa desempenha duas funções vitais:

  • Ele prepara a microestrutura do aço para a próxima fase de endurecimento.

  • Ajuda a aliviar tensões internas induzidas durante a usinagem.

Procedimento:

  • Aquecer as peças de aço O1 uniformemente até aproximadamente 650°C (1200°F).

  • Mantenha essa temperatura por 10 a 15 minutos ou até que toda a peça atinja uma temperatura consistente.

  • Cuidado: Evite exposição prolongada à temperatura de pré-aquecimento, pois isso pode afetar negativamente a estrutura do aço.

4.2 Austenitização (Endurecimento): Transformando o Aço

Após o pré-aquecimento, a próxima fase é a austenitização. Isso envolve o aquecimento do aço O1 acima do seu ponto crítico de transformação para formar austenita, a chave para um endurecimento bem-sucedido.

Procedimento:

  • Aquecer o aço a uma temperatura de austenitização de 790°C a 815°C (1450°F a 1500°F).

  • Confirme visualmente se a peça tem a mesma cor do interior do forno para garantir aquecimento uniforme.

  • Após o aquecimento uniforme, inicie o tempo de imersão. Para aço O1, deixe de molho por aproximadamente 5 minutos por polegada (25 mm) da menor seção transversal.

  • Cuidado: A imersão excessiva em temperaturas de austenitização pode levar a uma quantidade indesejada de austenita retida, impactando as propriedades finais.

4.3 Resfriamento: O Caminho para a Dureza

O1 é especificamente um aço para ferramentas endurecível em óleo. A têmpera ocorre quando o aço esfria rapidamente para formar a estrutura martensítica dura.

Procedimento:

  • Resfrie as peças em um óleo de têmpera comercial adequado imediatamente após a imersão de austenitização.

  • Técnica Crítica:

    • Mergulhe as seções planas verticalmente para garantir que ambos os lados entrem em contato com o óleo simultaneamente, minimizando a distorção.

    • As peças tubulares também devem ser temperadas verticalmente.

  • Remova as peças do resfriamento depois que elas esfriarem 66°C a 93°C (150°F a 200°F).

  • Importante: Após a têmpera, o aço O1 fica sob alta tensão e é muito suscetível a trincas. Prossiga para o revenimento sem demora.

4.4 Têmpera: A Chave para a Tenacidade e Estabilidade

Têmpera é sem dúvida a fase mais crítica da Tratamento térmico de aço para ferramentas O1 processo. Deve ser realizado imediatamente após a têmpera para evitar rachaduras e desenvolver as propriedades mecânicas desejadas.

Procedimento:

  • O tempo é crucial: Transfira as peças para o forno de têmpera assim que atingirem 52°C a 65°C (125°F a 150°F) após a têmpera. Qualquer atraso aumenta significativamente o risco de fissuras.

  • O revenimento envolve o reaquecimento do aço endurecido a uma temperatura abaixo do seu ponto crítico inferior (Ac1). Isso permite que os átomos de carbono precipitem como carbonetos, aliviando tensões internas e aumentando significativamente a tenacidade e a ductilidade.

  • Temperatura de têmpera padrão para O1: Tipicamente 175°C (350°F).

  • Tempo de imersão: Manter na temperatura de têmpera por 2 horas por polegada (4,7 minutos por mm) de seção transversal para cada ciclo de têmpera. Não encurte esta duração.

Dureza alcançável:

  • Após têmpera: Normalmente 64-65 HRC.

  • Após revenimento a 177°C (350°F): Aproximadamente 62-63 HRC.

  • O revenimento em baixa temperatura (150°C – 260°C / 300°F – 500°F) é padrão para aços da série O para manter alta dureza.

4.4.1 Têmpera dupla: quando considerá-la

Embora uma única têmpera seja frequentemente suficiente para o aço O1, uma segunda têmpera pode oferecer benefícios para:

  • Peças com geometrias complexas.

  • Aplicações que envolvem condições severas de serviço.

  • Melhorando o refinamento dos grãos para maior tenacidade.

  • Minimizar a austenita retida e melhorar a estabilidade dimensional.

Se estiver realizando uma segunda têmpera:

  • Defina a temperatura aproximadamente 14°C (25°F) mais baixo do que a primeira temperatura de revenimento para ajudar a preservar a dureza inicial.

4.5 Estabilidade dimensional no tratamento térmico de aços para ferramentas O1

O aço ferramenta O1 geralmente apresenta boa estabilidade dimensional durante Tratamento térmico de aço para ferramentas O1. No entanto, algumas mudanças são esperadas:

  • Expansão: Quando o óleo é temperado a partir da temperatura de endurecimento correta, o O1 normalmente se expande em aproximadamente 0,0015 polegadas por polegada (0,0015 mm/mm).

  • Efeitos de temperamento:

    • Temperar até 200°C (390°F) pode resultar em uma leve contração.

    • Em temperaturas mais altas (com pico em torno de 300°C ou 570°F), as dimensões podem aumentar devido à transformação da austenita retida em bainita.

    • A 400°C (750°F), as dimensões tendem a retornar para mais perto do tamanho original.

  • Geometria da Parte: O formato real e qualquer distorção preexistente influenciarão as alterações dimensionais finais.

  • Alisamento: Pode ser possível endireitar peças se a temperatura delas ainda estiver acima de 205°C (400°F).

4.6 Considerações sobre o tratamento pós-térmico

  • Alívio do estresse: Após operações como retificação, soldagem ou usinagem por descarga elétrica (EDM) em material endurecido, um revenimento para alívio de tensões é altamente recomendado.

    • Aquecer até uma temperatura de 14°C a 28°C (25°F a 50°F) abaixo da temperatura final de têmpera.

    • Resfrie lentamente para evitar a introdução de novas tensões.

  • Descarbonetação: O aço ferramenta O1 pode ser propenso à descarbonetação (perda de carbono da superfície) durante o recozimento ou têmpera.

    • Para minimizar isso, use uma atmosfera neutra controlada, um forno a vácuo ou um forno de sal neutro.ás durante Tratamento térmico de aço para ferramentas O1.

    • A descarbonetação pode resultar em superfícies macias e aumentar o risco de rachaduras se não for gerenciada adequadamente.

5. Os equivalentes do aço para ferramentas AISI O1 são:

  • DIN 1.2510 (Alemanha)
  • JIS SKS3 (Japão)

6. Aço O1 vs A2

Aço para ferramentas O1 (endurecimento por óleo)

  1. Endurecimento: Endurece por meio de têmpera em óleo, o que é eficaz para tamanhos razoáveis.
  2. Distorção: A têmpera apresenta uma distorção relativamente baixa.
  3. Endurecimento: Moderada, adequada para ferramentas menores de até aproximadamente 50 mm (2 polegadas), mas menos endurecível que a A2.
  4. Resistência ao desgaste: Tem uma resistência ao desgaste menor do que o A2 porque tem menos carbonetos.
  5. Dureza: Oferece boa tenacidade, superando a A2 em altos níveis de dureza.
  6. Custo: é barato devido ao seu baixo teor de liga.
  7. Usinabilidade: Boa.
  8. Usos:É excelente para ferramentas pequenas, como punções, machos, alargadores e matrizes que precisam de pouca alteração dimensional.

Aço para ferramentas A2 (endurecimento a ar)

  1. Endurecimento: Endurecimento ao ar com baixa distorção e boa margem de segurança contra trincas
  2. Distorção: Apresenta a menor distorção em comparação com todos os outros métodos de endurecimento.
  3. Endurecimento: alto, o que o torna adequado para ferramentas maiores, onde o endurecimento do O1 não é suficiente.
  4. Resistência ao desgaste: Maior que a do O1 devido à maior quantidade de carbonetos de cromo.
  5. Resistência: Boa, mas geralmente inferior à do O1 com a mesma dureza.
  6. Custo: mais alto devido ao maior teor de liga.
  7. Usinabilidade: Em geral, boa.
  8. Aplicações: É adequado para ferramentas maiores ou mais complexas, como matrizes de corte, matrizes de conformação e matrizes de laminação de roscas, em que o controle sobre a distorção e a resistência ao desgaste são fundamentais.

Comparação de chaves

O O1 é mais barato, melhor para implementos menores que precisam resistir a uma batida e pode ser temperado com óleo.

Apesar do custo mais alto, escolha o A2 para ferramentas maiores ou de precisão que precisam de distorção mínima, maior resistência ao desgaste e maior temperabilidade.

Em resumo, o O1 é uma alternativa econômica para uso intenso em trabalhos pequenos e apertados; o A2 se destaca em ferramentas maiores que exigem resistência ao desgaste e estabilidade dimensional.

7. Aço O1 vs O2

Vamos comparar os aços O1 e O2 em termos de liga, temperabilidade, distorção e resistência ao desgaste.

  1. Liga: O O1 contém cromo, tungstênio e vanádio, além de manganês, oferecendo uma resistência ao desgaste potencialmente melhor do que o O2, que depende principalmente do manganês e de uma pequena quantidade de molibdênio.
  2. Endurecimento: O O1 tem maior capacidade de endurecimento, o que o torna adequado para seções maiores em comparação com o O2.
  3. Distorção: O O2 apresenta a menor distorção após o tratamento térmico entre os aços endurecidos com óleo.
  4. Resistência ao desgaste: O O1 provavelmente tem melhor resistência ao desgaste devido ao maior número de elementos formadores de carboneto.

Perguntas frequentes

  • Para que serve o aço O1?
    O aço O1 é excelente para ferramentas de precisão e pequenos moldes de trabalho a frio que exigem boa retenção de bordas, baixa distorção por tratamento térmico e endurecimento por óleo:
    Medidores de precisão, como medidores de plugue, medidores de anel, etc.
    Matrizes de trabalho a frio, especialmente aquelas que exigem boa retenção de bordas:
    Punções
    Matrizes de corte
    Matrizes de fiação e de direção a frio
    Furadeiras de pedra e tesouras
    Ferramentas de marcenaria
    Brocas e brochas
    Matrizes de compactação de pó
  • Qual é o equivalente ao aço O1?
    Grau DIN alemão: 1.2510
    Grau padrão JIS do Japão: SKS3 ou SKS31
    Grau padrão GB da China: 9CrWMn
    Grau padrão britânico BS: BO1
    Grau padrão NF da França: 90MnWCrV5
    Grau padrão da Organização Internacional de Padronização (ISO): 95MnWCr1
    Grau padrão SS da Suécia: 2140
    Japão Daido (DAIDO) grau padrão GOA
    Grau padrão STS3 da KS da Coreia
    Padrão russo ГОСТ: 9ХВГ
  • Qual é a diferença entre o aço 01 e o A2?
    O aço O1 é um aço para ferramentas temperado a óleo com baixa distorção no tratamento térmico e é adequado para ferramentas de precisão; o aço A2 é um aço para ferramentas resfriado a ar com maior resistência ao desgaste e boa tenacidade.
  • O O1 é melhor do que o 1095?
    Se você estiver procurando o máximo em dureza e resistência ao desgaste e puder aceitar o risco de distorção, escolha o aço 1095; se o equilíbrio entre dureza e resistência for mais importante e o risco de distorção for menor, o aço O1 geralmente é a melhor opção.
  • Como fazer a têmpera do aço O1?
    O aço O1 é resfriado por resfriamento em óleo.
  • O aço O1 é fácil de usinar?
    O aço O1 é fácil de usinar na condição recozida.

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