Guia de Tratamento Térmico do Aço Ferramenta S1

Aço para ferramentas S1 É um aço liga de tungstênio-cromo-vanádio resistente a choques, projetado para aplicações que exigem alta tenacidade e resistência a impactos prolongados. É amplamente utilizado em ferramentas pneumáticas, cinzéis, punções, lâminas de corte e matrizes de conformação. O aço contém aproximadamente 0,50% de carbono, 2,50% de tungstênio e 1,50% de cromo. Oferece uma combinação equilibrada de resistência, resistência ao desgaste e temperabilidade, com resistência moderada ao amolecimento em altas temperaturas. Sua maior vantagem reside na excepcional resistência transversal e na notável resistência ao lascamento sob cargas de impacto. 

Na Aobo Steel, fornecemos aço S1 temperado. Os processos de tratamento térmico para o aço ferramenta S1 de nossos clientes incluem alívio de tensões e endurecimento. O processo de endurecimento compreende quatro etapas: pré-aquecimento, austenitização, têmpera e revenido. Este artigo se concentra principalmente nessas etapas.

Lista de verificação rápida para tratamento térmico do aço ferramenta S1

Tratamento para alívio do estresse

O tratamento de alívio de tensões serve como etapa preparatória para componentes S1 após usinagem de desbaste ou trabalho a frio, visando minimizar os riscos de deformação e trincas durante os processos subsequentes de têmpera. As tensões internas geradas pela usinagem, se não eliminadas antes do tratamento térmico, podem causar distorção microestrutural severa ou distorção dimensional descontrolada quando aquecidas a altas temperaturas de têmpera.

Procedimento do processo:

• Temperatura de aquecimento: Aqueça a peça de trabalho uniformemente a uma temperatura entre 650°C e 675°C (1200°F e 1250°F).
• Tempo de imersão: Calcular com base na espessura da seção transversal: 1 hora por 25 mm (1 polegada), com um tempo mínimo de imersão de 1 hora.
• Método de resfriamento: Resfriamento lento por ar (resfriamento por ar).

Pré-aquecimento

Para evitar choque térmico e deformação excessiva, é estritamente proibido colocar peças frias de aço inoxidável S1 diretamente em um forno na temperatura de austenitização.

Procedimento do processo:

• Temperatura de aquecimento: Aumente lentamente a temperatura para aproximadamente 650°C (1200°F).
• Requisito de permanência: Manter nesta temperatura até que a seção transversal da peça esteja uniformemente aquecida.

Para peças S1 com geometrias complexas ou variações significativas na seção transversal, o pré-aquecimento é crucial para garantir um aumento sincronizado da temperatura entre o núcleo e a superfície durante a etapa final de aquecimento. Isso reduz a tensão térmica e evita fissuras.

Austenitização (endurecimento)

Austenitizing is the core hardening process, transforming the steel microstructure into austenite by heating and promoting carbide dissolution into the matrix. The austenitizing heating temperature for S1 tool steel must be neither too high nor too low.

Procedimento do processo:

• Temperatura de aquecimento: 900°C a 955°C (1650°F a 1750°F).
• Tempo de espera: Manter de 15 a 45 minutos. A duração exata depende da espessura da seção transversal da peça para garantir o endurecimento completo de toda a seção.
• Controle da atmosfera: Devido à resistência moderada à descarbonetação do S1, o aquecimento deve ocorrer em uma atmosfera neutra controlada, ambiente de vácuo ou banho de sal neutro para evitar a oxidação superficial e a descarbonetação.

Resfriamento

S1 is oil-hardening steel. Although water quenching is occasionally used for large sections or simple shapes, we strongly recommend oil quenching to achieve optimal toughness and minimize the risk of cracking.

Procedimento do processo:

• Meio de têmpera: Utilize óleo de têmpera pré-aquecido e em circulação.
• Procedimento operacional: Mergulhe a peça em óleo até que sua temperatura caia para 50°C a 70°C (120°F a 160°F). Nesse ponto, a peça S1 deve estar morna ao toque.

É ESTRITAMENTE PROIBIDO: Deixar a peça esfriar até a temperatura ambiente após a têmpera antes do revenimento. Tensões microestruturais significativas estão presentes na microestrutura temperada. A não realização do revenimento imediato torna a peça S1 altamente suscetível à fratura frágil espontânea.

Têmpera

Tempering should be performed immediately after quenching to enhance the toughness and ductility of S1 material. At the microstructural level, the quenched microstructure is transformed into tempered martensite. The tempering temperature can be adjusted according to the required S1 hardness.

Procedimento do processo:

• Tempo de imersão: Calculado com base na espessura da seção, é necessário um tempo mínimo de imersão de 2 horas para cada 25 mm (1 polegada).
• Secondary Tempering: We strongly recommend secondary tempering to effectively eliminate unstable retained austenite, thereby optimizing yield strength and impact properties, and addressing deformation or cracking issues that may occur during subsequent use of S1.
• Requisitos de resfriamento: Entre o revenimento primário e o secundário, a peça deve ser resfriada até a temperatura ambiente.

A tabela a seguir fornece valores aproximados de dureza para o aço ferramenta S1 após têmpera em óleo a 900–955°C (1650–1750°F).

Para aplicações que exigem máxima resistência, como cinzéis e punções de alta resistência, o revenimento é normalmente realizado entre 204 °C e 316 °C. Para aplicações de trabalho a quente, temperaturas de revenimento mais elevadas podem ser necessárias, mas a dureza diminuirá significativamente.

Problemas comuns e soluções no tratamento térmico S1

1. Resfriamento rápido de rachaduras. 

Este defeito surge principalmente de duas causas: primeiro, revenimento tardio — falha em revenir prontamente após a têmpera, resultando em exposição prolongada à temperatura ambiente e gerando tensões que excedem a resistência do material; segundo, pontos de concentração de tensão em peças S1, como cantos vivos, marcas de estampagem ou usinagem grosseira. Para solucionar esses problemas, o revenimento imediato deve ser implementado — transferindo a peça para o forno de revenimento enquanto ela ainda retém calor residual (aproximadamente 50–70 °C). Simultaneamente, durante as etapas de projeto e usinagem, cantos arredondados devem ser empregados em junções críticas e as superfícies devem ser mantidas com um alto acabamento superficial.

2. Baixa dureza. 

As principais causas desse defeito incluem: perda de carbono na superfície (descarbonetação) devido a uma atmosfera inadequada durante a austenitização; temperatura de aquecimento ou tempo de permanência insuficientes durante a austenitização; e têmpera inadequada causada por temperatura do óleo excessivamente alta ou agitação insuficiente durante a têmpera.

3. Deformação. 

A deformação geralmente resulta de choque térmico causado por expansão desigual devido a taxas de aquecimento excessivas ou por tensões residuais geradas durante o desbaste que são liberadas durante o aquecimento. Medidas preventivas incluem: pré-aquecimento a 650 °C antes da têmpera; realização de tratamento de alívio de tensões em peças desbastadas antes do resfriamento rápido; e fornecimento de suporte físico para peças longas ou complexas para evitar deformações.

4. Camada macia (descarbonização). 

Esse defeito ocorre quando o oxigênio ou a umidade no forno reagem com o carbono da superfície, produzindo dióxido de carbono ou monóxido de carbono, gases que escapam, reduzindo assim o teor de carbono. É possível testar isso com uma lima. Se ela riscar facilmente a superfície, indica a presença de uma camada frágil. Para evitar esse problema, podem ser tomadas as seguintes medidas: usar fornos a vácuo ou fornos com atmosfera protetora preenchidos com gases inertes (como nitrogênio ou argônio) para isolar o oxigênio; ao usar um forno de banho de sal para aquecimento, a salmoura deve ser calibrada periodicamente para garantir que permaneça neutra e não reaja com o carbono; antes do tratamento térmico S1, deixar uma tolerância suficiente para garantir que essa camada descarbonetada possa ser completamente removida por meio de retificação de precisão após o tratamento térmico.

Perguntas frequentes