Guia de Tratamento Térmico do Aço Ferramenta O1

Como o aço O1 é um aço ferramenta para trabalho a frio com têmpera em óleo, os principais riscos associados ao tratamento térmico são trincas por têmpera, distorção, descarbonetação, pontos fracos e revenido tardio. Esses problemas geralmente são causados por controle inadequado de temperatura, geometria inadequada da ferramenta, agitação insuficiente do óleo, imersão excessiva ou por deixar a peça sem revenido após a têmpera.

Este guia fornece uma tabela prática de tratamento térmico O1, abrangendo alívio de tensões, recozimento, pré-aquecimento, austenitização, têmpera em óleo, temperaturas de revenido, dureza esperada, alteração dimensional e falhas comuns em tratamentos térmicos.

Tabela de temperaturas de tratamento térmico do aço ferramenta O1

Para a maioria das ferramentas de trabalho a frio, o aço O1 é geralmente temperado entre 149°C e 260°C (300°F e 500°F). Essa faixa de temperatura mantém a alta dureza, ao mesmo tempo que reduz a fragilidade causada pela têmpera.

Como realizar o tratamento térmico do aço ferramenta O1

O tratamento térmico do aço O1 normalmente inclui pré-aquecimento, austenitização, têmpera em óleo e revenido. O alívio de tensões é adicionado quando a peça foi submetida a usinagem intensiva. O recozimento é utilizado para amolecer o aço O1 endurecido para retrabalho.

1. Alívio do estresse antes do endurecimento

Recomenda-se o alívio de tensões após usinagem pesada, desbaste grosseiro ou retificação irregular. Esses processos podem deixar tensões internas na ferramenta. Se a peça for endurecida sem alívio de tensões, as tensões residuais podem se combinar com as tensões de têmpera, causando empenamento ou trincas.

Aqueça o aço O1 não temperado lentamente a 649-677 °C (1200-1250 °F), mantenha nessa temperatura por 1 a 2 horas por polegada de espessura e, em seguida, resfrie lentamente. Esta etapa não tempera o aço. Seu objetivo é reduzir a tensão interna antes do ciclo final de têmpera.

2. Recozimento do aço ferramenta O1

O recozimento é usado para amolecer o aço O1 endurecido para usinagem ou correção. Aqueça o aço a 730-788°C (1350-1450°F), mantenha nessa temperatura por bastante tempo e, em seguida, resfrie lentamente no forno até cerca de 482-540°C (900-1000°F) antes de resfriá-lo ao ar.

A proteção da superfície é importante durante o recozimento e a têmpera. Se o aço O1 for aquecido em uma atmosfera oxidante, a superfície pode perder carbono. Uma superfície descarbonetada não endurecerá adequadamente e poderá sofrer desgaste rápido em serviço.

3. Pré-aquecimento do aço ferramenta O1

O pré-aquecimento reduz o choque térmico antes que o aço atinja a faixa de austenitização. É especialmente útil para peças com espessura de seção irregular, cantos vivos ou tensões de usinagem.

Pré-aqueça o forno O1 a cerca de 650 °C (1200 °F) e mantenha nessa temperatura por 10 a 15 minutos, ou até que a peça esteja aquecida uniformemente. Esta deve ser uma etapa rápida de equalização, não um aquecimento prolongado.

4. Austenitização e Endurecimento do Aço Ferramenta O1

A austenitização é a principal etapa de endurecimento. O aço O1 é geralmente aquecido a 788-816°C (1450-1500°F) antes do resfriamento em óleo.

A extremidade inferior dessa faixa geralmente é mais segura quando a tenacidade e o controle dimensional são importantes. A extremidade superior pode aumentar a dureza e a resistência ao desgaste, mas o superaquecimento ou a permanência excessiva na temperatura podem aumentar a austenita retida, reduzir a estabilidade dimensional e resultar em uma dureza menor do que a esperada após o resfriamento.

A peça deve permanecer imersa apenas pelo tempo necessário para que a seção atinja uma temperatura uniforme. O aquecimento insuficiente pode causar endurecimento incompleto. O superaquecimento pode causar dureza instável, distorção ou fragilidade.

5. Têmpera em óleo O1 Aço ferramenta

O eletrodo O1 deve ser resfriado em óleo para atingir a dureza máxima. O óleo deve estar morno e devidamente agitado. Óleo parado pode criar uma camada de vapor ao redor da peça quente, retardando o resfriamento local e causando pontos amolecidos.

A faixa de temperatura ideal para têmpera em óleo é de aproximadamente 25 a 60 °C (75 a 140 °F), dependendo do óleo e das práticas da oficina. Após a têmpera, retire a peça do óleo quando a temperatura atingir cerca de 52 a 93 °C (125 a 200 °F).

A peça deve ser temperada enquanto ainda estiver quente. A têmpera tardia é uma das causas mais comuns de fissuras no aço O1 temperado.

6. Têmpera do aço ferramenta O1

O revenimento reduz a tensão e a fragilidade da martensita recém-temperada. Também define a dureza final de trabalho.

Para a maioria das ferramentas de trabalho a frio O1, o revenimento é normalmente realizado entre 149-260°C (300°F e 500°F). Uma temperatura de referência comum é 177°C (350°F), que normalmente resulta em uma dureza de cerca de 62-63 HRC após o endurecimento adequado.

Uma regra comum para o tempo de têmpera é de 2 horas por polegada de espessura da seção. A têmpera simples é frequentemente usada para O1, mas a têmpera dupla pode ser usada quando se requer maior estabilidade ou alívio de tensões. Se a têmpera dupla for utilizada, a ferramenta deve esfriar até a temperatura ambiente entre os ciclos.

Tabela de têmpera do aço ferramenta O1

A dureza O1 diminui com o aumento da temperatura de revenido. Os valores a seguir representam os níveis típicos de dureza esperados após austenitização e têmpera em óleo adequadas.

Dureza do aço ferramenta O1 após tratamento térmico

O aço O1 geralmente atinge cerca de 64-65 HRC imediatamente após a têmpera em óleo. Essa condição, após a têmpera, é muito quebradiça para uso em serviço e precisa ser revenida.

Após o revenido, a dureza de trabalho típica é de cerca de 57-63 HRC. O valor final depende principalmente da temperatura de revenido, da dimensão da seção transversal, do controle da austenitização e da eficácia da têmpera.

O aço O1 endurece bem em seções pequenas e moderadas. Seções muito grandes podem não resfriar rápido o suficiente no núcleo, de modo que a dureza no centro pode ser menor que a dureza da superfície.

O1 Tratamento Térmico: Controle de Alteração Dimensional e Distorção

O aço ferramenta O1 sofre alterações dimensionais durante o tratamento térmico devido à transformação de sua microestrutura, do estado recozido para o estado martensítico, durante a têmpera em óleo. Um valor de expansão esperado na prática é de aproximadamente 0,0015 pol/pol, ou cerca de 0,15 mm em 100 mm.

Este valor deve ser usado apenas como referência. A variação dimensional real depende da temperatura de austenitização, do controle do tempo de permanência na temperatura, da velocidade de têmpera, da agitação do óleo, da dimensão da seção transversal e da temperatura de revenido. Se o aço for superaquecido ou mantido por muito tempo na temperatura de têmpera, a variação dimensional após a têmpera e o revenido pode se tornar menos previsível.

A distorção durante o tratamento térmico O1 é causada principalmente pelo aquecimento e resfriamento desiguais, bem como pela transformação martensítica não uniforme durante a têmpera em óleo. Como o tratamento O1 requer têmpera em meio líquido, ele é mais sensível à tensão de têmpera do que aços de têmpera ao ar, como o A2.

O objetivo não é eliminar completamente a variação dimensional, mas torná-la previsível. Para ferramentas de precisão O1, a sobremedida para usinagem final ou retificação deve ser planejada antes do tratamento térmico.

Problemas comuns no tratamento térmico do aço ferramenta O1

A maioria dos problemas de tratamento térmico O1 decorre do controle inadequado da temperatura, têmpera em óleo deficiente, revenimento tardio, descarbonetação ou geometria inadequada da peça.

A fissuração por têmpera é frequentemente atribuída ao material, mas em muitos casos a causa real é a geometria da ferramenta, a tensão de usinagem, a severidade da têmpera ou o revenido tardio. O tratamento térmico O1 deve ser realizado com cautela quando a peça apresentar cantos vivos, almas finas, furos cegos ou grandes diferenças de seção transversal.

A descarbonetação também é importante porque uma superfície com baixo teor de carbono não consegue endurecer adequadamente. Uma camada superficial macia reduz a resistência ao desgaste e pode criar uma transformação irregular entre a superfície e o núcleo.

Tratamento térmico do aço ferramenta O1 para aplicações em ferramentas de trabalho a frio

O aço O1 é utilizado em ferramentas de trabalho a frio quando a ferramenta requer alta dureza, boa usinabilidade antes do endurecimento e controle dimensional razoável após a têmpera em óleo. As aplicações típicas incluem punções, matrizes de corte, matrizes de conformação, matrizes de rebarbação, calibradores, buchas, eixos, brochas, machos, alargadores, cossinetes e cortadores de fenda.

Para essas ferramentas, o tratamento térmico geralmente se concentra em três pontos: atingir a dureza máxima durante a têmpera em óleo, revenimento para manter a resistência ao desgaste e controle da distorção para que a ferramenta permaneça utilizável após o endurecimento.

O aço O1 não é ideal para todas as ferramentas de trabalho a frio. Para longas séries de produção ou desgaste abrasivo severo, o aço D2 pode oferecer melhor resistência ao desgaste. Para ferramentas complexas que exigem maior estabilidade dimensional durante a têmpera, o aço A2 pode ser mais seguro. Para ferramentas expostas a altas temperaturas de serviço, o aço O1 pode perder dureza devido à sua limitada resistência ao amolecimento.