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Guia de Tratamento Térmico do Aço Ferramenta O2

Diretrizes de tratamento térmico para aço ferramenta O2 (DIN 1.2842/JIS SKS31), com foco na resistência ao desgaste, usinabilidade e estabilidade dimensional para aplicações em ferramentas de trabalho a frio.

Aço para ferramentas O2 is an oil-quenched cold work tool steel with high hardness, high wear resistance, and minimal deformation during heat treatment. Compared with water-quenched steel, O2 steel exhibits better dimensional stability and higher toughness after complete quenching 11. Os graus equivalentes de aço para ferramentas O2 incluem:

PadrãoGrau
EN/DIN1,2842 / 90MnCrV8
JISSKS31
GB9Mn2V

Lista de verificação rápida do tratamento térmico do aço ferramenta O2

Siga estes passos sequenciais para o tratamento térmico adequado do aço ferramenta O2: pré-aquecimento, têmpera (austenitização), têmpera em óleo e revenido.

  1. Pré-aquecimento

    Preheat to 649–677°C (1200–1250°F) until evenly heated. Reduces thermal shock and the risk of deformation or cracking.

  2. Austenitização (endurecimento)

    Heat to 760–800°C (1400–1472°F). Alloy carbides dissolve, and the microstructure transforms to austenite.

  3. Resfriamento

    Quench in oil. Stop when the workpiece reaches 66–93°C (150–200°F).

  4. Têmpera

    Begin immediately once the workpiece cools to 52–65°C (125–150°F). Temper at 150–260°C (300–500°F). Minimum soak: 2 hours per inch (4.7 min/mm) of cross-section.

Processo de tratamento térmico

Pré-aquecimento

Preheat to 649–677°C (1200–1250°F) and hold until the workpiece is uniformly heated throughout. This reduces thermal shock and the risk of deformation or cracking when the steel enters the austenitizing furnace.

Austenitização

Heat to 760–800°C (1400–1472°F). At this temperature, alloy carbides dissolve and the microstructure transforms to austenite. 790°C (1450°F) is the recommended standard temperature for most applications. Control soak time carefully — excessive soaking raises retained austenite content and reduces final hardness.

Resfriamento

Quench in oil, stopping when the workpiece reaches 66–93°C (150–200°F). Maintain quenching oil temperature between 50–70°C (120–160°F). Do not use water or brine — the risk of cracking is severe. Do not wrap in stainless foil, as it impedes oil contact.

Diagrama de transformação isotérmica do aço ferramenta O2
Diagrama de transformação isotérmica do aço ferramenta O2

Têmpera

Begin tempering immediately once the workpiece cools to 52–65°C (125–150°F) — do not allow it to reach room temperature first. Temper at 150–260°C (300–500°F). Minimum soak time: 2 hours per inch (4.7 min/mm) of cross-section, followed by air cooling.

For demanding applications, double tempering is preferred. For most tooling, a single temper at 175–205°C (345–400°F) achieves a working hardness of 58–62 HRC.

Hardness vs. tempering temperature:

Temperatura de têmpera °C (°F)Dureza (HRC)
150 (300)62.5
205 (400)59.5
260 (500)56.5
315 (600)54.0
370 (700)52.0
425 (800)49.5
480 (900)46.0
540 (1000)41.5

Common Issues and Solutions

Deformation and Dimensional Changes

Deformation in O2 steel is usually caused by excessive quench rates or uneven heating. Three controls:

  • Martempering: Interrupt the quench in hot oil or molten salt, held at 14–28°C (25–50°F) above the martensite start temperature (Ms), hold until the workpiece temperature equalizes, then air-cool.
  • Pré-aquecimento: Preheating to 650°C (1200°F) before austenitizing significantly reduces distortion during hardening.
  • Machining allowance: Retain sufficient stock after rough machining to correct any distortion from final heat treatment.

Trincamento por têmpera

Causes include excessive heating rates, sharp corners, and abrupt changes in cross-section in the tool geometry.

  • Oil quench only. Water and brine are prohibited.
  • Temper the workpiece before it fully cools to room temperature to relieve residual stress.
  • For complex geometries, perform stress-relief annealing at 650–675°C after rough machining and before final hardening.

Descarbonetação superficial

O2 steel is sensitive to decarburization during heating. Carbon loss at the surface produces a soft layer that reduces wear resistance.

  • Heat in a protective atmosphere — an endothermic gas, a salt bath, or a vacuum.
  • Remove all oxide scale and any existing decarburized layer from the surface before final heat treatment.

Austenita retida e controle de dureza

Austenitizing above the recommended temperature raises retained austenite content, leading to insufficient hardness and dimensional instability after quenching.

  • Stay within the 760–800°C range. Exceeding this is the primary cause of retained austenite problems.
  • Cryogenic treatment at −196°C (−321°F) converts a significant portion of retained austenite to martensite.
  • Temper at 175–205°C (345–400°F) to reach a stable working hardness of 58–62 HRC.

Application Limits

O2 steel has no red hardness. It is suitable for cold stamping, shearing, and forming at ambient temperatures. It must not be used in hot-work applications such as die casting or hot forging.

Perguntas frequentes

Qual a temperatura utilizada para o pré-aquecimento do aço ferramenta O2?

O aço ferramenta O2 deve ser pré-aquecido a 649-677°C (1200-1250°F) até que o material esteja aquecido uniformemente. O pré-aquecimento ajuda a reduzir o choque térmico e diminui o risco de deformação ou fissuras.

Qual é a temperatura de austenitização recomendada para o aço ferramenta O2?

A faixa de temperatura típica de austenitização (endurecimento) para o aço O2 é 760 a 800°C (1400 a 1472°F). Nessa temperatura, os carbonetos de liga complexos se dissolvem e a microestrutura se transforma em austenita.

Como é feito o resfriamento rápido do aço ferramenta O2 após o endurecimento?

After austenitizing, O2 tool steel is typically rapidly quenched in oil Para transformar a austenita em martensita dura, o material deve ser resfriado a uma temperatura entre 66 e 93 °C (150 e 200 °F) antes de prosseguir com a têmpera.

When must tempering of O2 tool steel begin after quenching?

O revenimento deve começar imediatamente após a temperatura da etapa de têmpera ter caído para 52-65°C (125-150°F). Essa aplicação imediata é crucial para evitar efeitos adversos na vida útil da ferramenta e impedir a estabilização da austenita retida.

Qual é o tempo de permanência necessário durante o revenimento do aço O2?

Cada ciclo de revenimento para aço ferramenta O2 requer um tempo de permanência de pelo menos 2 horas por polegada (4,7 minutos por milímetro) da seção transversal. O revenimento normalmente ocorre em baixas temperaturas, entre 150 °C e 260 °C (300 °F a 500 °F).) para manter alta dureza.

O aço ferramenta O2 requer têmpera dupla?

O2 tool steel commonly requires only a single tempering cycle. However, double tempering is sometimes preferred, requiring air cooling to room temperature between temperings.

  1. Nee, JG (Revisor Técnico Chefe e Editor-Chefe). (2010). Fundamentos do Projeto de Ferramentas (6ª ed.). Sociedade de Engenheiros de Manufatura. ↩︎