Aço para ferramentas S7 | 1.2355

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O aço para ferramentas S7 é um tipo de aço para ferramentas resistente a choques, classificado na série "S" pelo Instituto Americano do Ferro e do Aço (AISI). Esses aços são projetados especificamente para aplicações que sofrem tensões de impacto repetitivas.

1. Aplicações do aço para ferramentas S7

  • Punções
  • Matrizes de corte
  • Matrizes de conformação a frio
  • Matrizes de cunhagem
  • Mandris
  • Componentes Estruturais
  • Matrizes de corte

2. Composição do Aço S7

CarbonoManganêsSilícioCromoMolibdênioVanádio
0.45 – 0.550.20 – 0.900.20 – 1.003.00 – 3.501.30 – 1.800.20 – 0.35

[Referência: Sinha, AK (2003). Manual de Metalurgia Física (pág. 62). McGraw-Hill.]

3. Propriedades

3.1 Propriedades Físicas

Densidade7,80−7,83 g/cm3
Gravidade Específica7.83
Módulo de elasticidade205−207 GPa
Condutividade térmica28,5 W/(m⋅K) (a 95∘C)
Expansão Térmica (Linear)
20−100∘C12,5 μm/(m⋅K)
20−250∘C13,3 μm/(m⋅K)
20−500∘C14,27 μm/(m⋅K)
Capacidade térmica específica∼0,46 J/(g⋅K)
Resistividade elétrica∼0,75 μΩ⋅m
Temperatura Crítica (Ac1)793∘C
Temperatura Crítica (Ac3)838∘C
Temperatura de Transformação785−800∘C

3.2 Propriedades Mecânicas

Resistência à tracção∼1517−2151 MPa
Resistência ao escoamento∼1310−1999 MPa
Dureza (recozido)Máx. 223−250 HBW
Dureza (tratado termicamente)Até 60−61 HRC
Dureza (Faixa de Revenimento)45−57 HRC (dependendo da temperatura)
Alongamento na ruptura∼7−15%
Índice de Poisson0,27−0,30
Módulo de elasticidade207 GPa

3.3 Outras Propriedades

  • Resistência ao choque: Muito alto, uma característica primária e definidora do S7.
  • Vestir Resistência: Bom, embora geralmente inferior aos aços trabalhados a frio de alto teor de carbono e alto teor de cromo, como O6 ou Aço para ferramentas D2.
  • Estabilidade dimensional: Boa estabilidade em toda a direção correta tratamento térmico processo. Crescimento dimensional de +0,001 polegada por polegada (0,001 mm por mm) quando o S7 é resfriado ao ar a partir da temperatura de têmpera correta.
  • Benefício do endurecimento ao ar: A capacidade de endurecimento ao ar do S7 proporciona uma margem significativa de segurança durante o processo de têmpera, reduzindo o risco de distorção e rachaduras em comparação aos aços de têmpera líquida.
  • Desempenho em temperaturas elevadas: O S7 apresenta boa resistência ao amolecimento em temperaturas moderadamente elevadas, tornando-o adequado para aplicações de trabalho a quente em temperatura média.
  • Endurecimento de superfície: Por meio de processos de tratamento de superfície, como carbonitretação ou nitretação, a dureza superficial do aço para ferramentas S7 pode ser ainda mais aprimorada para cerca de 64 HRC. No entanto, esses tratamentos de superfície podem afetar a resistência inerente ao choque do aço S7 e devem ser considerados cuidadosamente com base nos requisitos da aplicação.
Aço ferramenta S7

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4. Tratamento térmico

4.1 Pré-aquecimento

A temperatura de pré-aquecimento para o aço S7 é 1200°F (650°C), com um tempo de imersão de 10 a 15 minutos.

Não deixe de molho por muito tempo, pois isso destruirá a estrutura molecular e terá um efeito adverso no tratamento térmico subsequente.

4.2 Austenitização (endurecimento)

Após o pré-aquecimento, ajuste a temperatura do forno para austenitização temperatura, que é 1725°F (940°C). Inicie a imersão quando a temperatura da peça de trabalho atingir totalmente a temperatura de austenitização.

O tempo de imersão depende da seção transversal da peça. Para peças com espessura superior a 25 mm (1"), o tempo de imersão deve ser de 1 hora por polegada (25 mm) da menor seção transversal. Para peças menores, aplica-se uma regra prática:

  • 1/8″ (3,175 mm) de espessura: 30 minutos
  • 1/4″ (6,350 mm) de espessura: 40 minutos
  • 1/2″ (12,70 mm) de espessura: 45-50 minutos
  • 3/4″ (19,05 mm) de espessura: 50-55 minutos

4.3 Resfriamento

O S7 é um aço para ferramentas temperado ao ar. O resfriamento ao ar é o método de têmpera mais lento, mas oferece a melhor segurança, reduzindo o choque térmico e a tensão interna em metais endurecidos.

No entanto, os aços endurecíveis ao ar apresentam limitações em sua capacidade de atingir a dureza total além de determinados tamanhos de seção transversal. Para o S7, se a seção transversal exceder 2 1/2" (63 mm), a dureza total pode não ser alcançada quando resfriados ao ar. Seções maiores podem exigir têmpera em óleo para atingir a dureza desejada, embora isso possa comprometer a estabilidade do tratamento térmico.

4.4 Têmpera

O revenimento aumenta a tenacidade do aço e alivia seu alto estado de tensão, evitando assim rachaduras. O aço para ferramentas S7 deve ser revenido imediatamente quando a temperatura da peça cair para 125 a 150°F (52 a 65°C).

A primeira têmpera é normalmente realizada em 450°F (230°C). Se for necessária uma segunda têmpera, a temperatura deve ser ajustada para 425°F (220°C), que é 25°C menor que a temperatura do primeiro revenimento. A dureza após um único revenimento é de 58 HRC. Cada ciclo de revenimento deve durar 2 horas por polegada (25 mm) de seção transversal.

4.5 Considerações pós-tratamento

Se componentes S7 endurecidos forem submetidos a operações de acabamento subsequentes, como retificação, soldagem ou usinagem por eletroerosão (EDM), recomenda-se fortemente um revenimento com alívio de tensões. Este revenimento deve ser realizado a uma temperatura de 14 a 28 °C (25 a 50 °F) abaixo da temperatura do último ciclo de revenimento efetivo utilizado, para mitigar os riscos de trincas ou instabilidade dimensional induzida por esses processos.

4.6 Forjamento de aço para ferramentas S7

Pré-aqueça lentamente o S7 a 815 °C (1500 °F). A temperatura de forjamento é de 1040 a 1150 °C (1900 a 2100 °F). Para seções maiores ou ao realizar reduções pesadas e rápidas, a faixa mais alta dessa faixa de temperatura é preferível, enquanto seções menores e reduções mais leves podem usar a faixa mais baixa. Nunca forje o S7 abaixo de 870 °C (1600 °F).

O S7 é um aço endurecível ao ar e deve ser resfriado lentamente a partir da temperatura de forjamento para evitar rachaduras e garantir que o aço permaneça em um estado semi-mole. Os métodos de resfriamento incluem o resfriamento em forno ou a imersão do material em um meio isolante, como cal, mica ou terra diatomácea.

O S7 deve ser recozido após o forjamento. A temperatura de recozimento envolve aquecimento a 843 °C (1550 °F) e manutenção por 1,5 hora por polegada (3,5 minutos por mm) de espessura. Quando recozido corretamente, o S7 tem uma classificação de usinabilidade de 70%, em comparação com um aço carbono 1% com classificação de 100%.

5. Graus equivalentes de aço para ferramentas S7

  • UNS (Sistema Unificado de Numeração): T41907
  • DIN (padrão alemão): 1.2355 ou 50CrMoV13-15
  • JIS (Padrões Industriais Japoneses): SKS93
  • Equivalente chinês: 5Cr3Mn1SiMo1V

6. Compare o aço S7 com o aço 4140

O aço para ferramentas S7 se destaca em aplicações que exigem alta tenacidade e resistência a choques, particularmente em ferramentas para trabalho a frio ou médio-quente, e se beneficia do endurecimento ao ar para estabilidade dimensional. O aço 4140, um aço-liga versátil, é uma ótima escolha para componentes estruturais e peças de máquinas que exigem boa resistência, temperabilidade e tenacidade. Frequentemente, ele se beneficia de tratamentos térmicos, como têmpera em óleo ou nitretação, para aprimoramentos de propriedades específicas.

7. Fornecimento de formas e dimensões

O aço para ferramentas S7 que fornecemos está disponível em diversos formatos, incluindo barras redondas, chapas, placas, barras planas, barras quadradas e blocos. As dimensões da barra plana variam de: largura 20 a 600 mm × espessura 20 a 400 mm × comprimento 1.000 a 5.500 mm. As dimensões da barra redonda variam de um diâmetro de 20 a 400 mm × comprimento de 1.000 a 5.500 mm. As dimensões do bloco são obtidas cortando a barra plana.

Para tamanhos menores, como barras redondas com diâmetro inferior a 70 mm, utilizamos o processo de laminação a quente. Para tamanhos superiores a 70 mm, oferecemos produtos forjados.

Teste UT: setembro de 1921-84 D/d, E/e. 

Tratamento de superfície: acabamentos de superfície originais pretos, descascados, usinados/torneados, polidos, retificados ou fresados.

Status do estoque: Não mantemos estoque de aço S7. Organizamos a produção com base nos pedidos dos clientes.

Prazo de entrega: Materiais para forno elétrico a arco (EAF) levam de 30 a 45 dias. Materiais para ESR levam aproximadamente 60 dias.

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Perguntas frequentes

1. O que é aço para ferramentas S7?

O aço para ferramentas S7 é um aço para ferramentas resistente a choques, classificado como aço do grupo S pela norma ASTM A681. É principalmente um aço endurecível ao ar, mas também pode ser endurecido em óleo. O S7 é conhecido por suas propriedades excepcionais de impacto e pela maior temperabilidade entre os aços para ferramentas resistentes a choques. Combina alta resistência ao impacto, boa estabilidade dimensional e usinabilidade com excelente resistência a choques.

2. Quais são as características definidoras e principais propriedades do aço para ferramentas S7? 

  • Alta resistência ao choque e tenacidade: Apresenta excelente resistência a altas cargas de impacto e choque.
  • Boa resistência ao amolecimento em altas temperaturas: Isso permite capacidades de trabalho a quente, normalmente até 1000°F (538°C).
  • Alta temperabilidade: Possui a maior temperabilidade entre os graus resistentes a choques.
  • Boa estabilidade dimensional: Ele mantém sua forma e tamanho mesmo sob alto estresse e pressão, o que é crucial para aplicações de precisão.
  • Facilidade de usinagem e tratamento térmico:É considerado seguro e estável no tratamento térmico devido às suas propriedades de endurecimento ao ar.
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3. Quais são as aplicações comuns do aço para ferramentas S7? 

  • Ferramentas para trabalho a frio: Matrizes de corte, matrizes de conformação, ferramentas de corte e lâminas de tesoura.
  • Ferramentas para trabalho a quente: Matrizes de forjamento, matrizes de extrusão, matrizes de cabeçote quente e matrizes de fundição sob pressão.
  • Aplicações de choque: Rebitadores de touro, rompedores de concreto (pontas moll), matrizes de rebitagem, formões, punções e matrizes de recalque.
  • Moldagem: Matrizes de moldes de plástico, cavidades usinadas para matrizes de moldagem de plástico e fresas mestres.
  • Outros usos incluem cavilhas, brocas, placas de perfuração, cubos e matrizes de gravação. Também é empregado em componentes críticos na indústria aeroespacial.

4. Existem equivalentes internacionais para o aço para ferramentas AISI S7?

Alemão: W-nr 1.2357 ou 1.2355 / 50CrMoV13-15 (DIN EN ISO 4957).

5. Qual é a faixa de dureza típica do aço para ferramentas S7?

A dureza do aço para ferramentas S7 pode variar dependendo do tratamento térmico e da temperatura de revenimento. Normalmente, sua dureza varia entre 54 e 62 HRC. Para temperaturas de revenimento específicas, a dureza Rockwell C pode ser:

  • Como ar temperado: 59-61 HRC
  • Temperado a 149°C (300°F): 57-59 HRC
  • Temperado a 204°C (400°F): 55-57 HRC
  • Temperado a 449°C (840°F): 53 HRC
  • Temperado a 649°C (1200°F): 41 HRC, 37-40 HRC Quando recozido, o aço para ferramentas S7 normalmente tem uma dureza de Brinell 197 máx. ou 187-220 BHN, com um máximo de 223 HBW.

6. Qual é a resistência ao impacto do aço para ferramentas S7?

O aço para ferramentas S7 é caracterizado por sua altíssima tenacidade ao impacto e propriedades excepcionais de impacto, tornando-o uma classe "resistente a choques". Os valores medidos de impacto Charpy (entalhe em V; resfriado a ar a 941 °C) incluem:

  • 16,9 J quando temperado a 200°C.
  • 13,6 J quando temperado a 425°C.
  • 16,3 J quando temperado a 649°C. 
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7. O aço para ferramentas S7 é resistente à corrosão?

O aço para ferramentas S7 é suscetível à corrosão e pode facilmente enferrujar e corroer. Deve ser mantido longe da umidade e da humidade, e inibidores de ferrugem ou materiais resistentes à corrosão, como plástico ou papel manteiga, são recomendados para armazenamento. 

8. Qual é a densidade e o módulo de elasticidade do aço ferramenta S7?

A densidade do aço para ferramentas S7 é de 7,83 g/cm³ (ou 0,283 lb/in³). O módulo de elasticidade é de 207 GPa (ou 30 x 10^6 psi).

9. Por que o aquecimento lento é importante ao trabalhar com aço para ferramentas S7?

O aquecimento lento, a uma taxa não superior a 222 °C (400 °F) por hora, é crucial para o aço para ferramentas S7, especialmente para ferramentas complexas ou grandes, a fim de garantir uma distribuição uniforme da temperatura por todo o material e evitar rachaduras. O aquecimento rápido pode causar tensões significativas no metal devido à expansão desigual, levando a rachaduras, principalmente se o núcleo do metal não estiver à mesma temperatura que o exterior.

10. O aço para ferramentas S7 pode ser soldado?

O aço para ferramentas S7 demonstra soldabilidade moderada. No entanto, não recomendamos a soldagem, pois o processo pode deixar uma zona fraca afetada pelo calor, introduzir defeitos e tornar a solda mais dúctil (menos dura) do que o aço para ferramentas. Se a soldagem for necessária, ela deve ser realizada por um soldador experiente em reparos de matrizes. Tratamentos de pré-aquecimento e pós-soldagem (como revenimento) podem evitar rachaduras e manter a integridade do material. Consumíveis de soldagem especializados também são muito caros.

11. O aço para ferramentas S7 é fácil de usinar?

O aço para ferramentas S7 é considerado usinável, mas é comparativamente mais difícil de usinar do que aços de liga inferior. Sua usinabilidade é classificada em 95 (comparado a 100 para um aço carbono para ferramentas 1.00%) quando recozido a Brinell 197 máx.

12. Como o aço para ferramentas S7 se compara a outros materiais para componentes críticos, como pinos de disparo ou ferrolhos?

Para aplicações como pinos de disparo AR9, embora muitos sejam feitos de aço para ferramentas S7, alguns especialistas sugerem que aços para ferramentas tratados termicamente, como o S7, devem ser evitados devido à fragilização.

  • Vs. Aço inoxidável 17-4: O aço inoxidável 17-4 é considerado melhor para pinos de disparo devido à sua alta ductilidade, especialmente quando tratado termicamente na condição H900, o que proporciona resistência ao impacto Charpy comparável ou superior ao titânio grau 5.
  • Vs. Titânio: O titânio (por exemplo, Ti-6Al-4V Grau 5) tem uma alta relação resistência-peso, mas não é tão duro quanto o S7 e pode não fornecer a mesma energia que um pino mais pesado devido à sua baixa massa. Também pode ser propenso a desgaste por atrito ou corrosão em aplicações de came.
  • Vs. Aço 9310 (para parafusos): O aço para ferramentas S7, se temperado corretamente, pode apresentar resistência à tração, ao choque térmico e à flexão superiores ao aço 9310. No entanto, sua resistência ao cisalhamento é praticamente a mesma. O aço 9310 é frequentemente usado em engrenagens de transmissão na F1 e na indústria aeroespacial, sugerindo um conjunto diferente de propriedades ideais para essas aplicações.
  • A principal causa da quebra do percussor em AR9s geralmente é um ferrolho mal dimensionado ou mal feito que permite que o pino afunde, causando tensão lateral, em vez do tipo de aço em si.

13. Quais são as limitações gerais do aço para ferramentas S7? 

  • Sujeito à descarbonetação: como outros aços de alto carbono, o aço para ferramentas S7 pode perder carbono de sua superfície durante o processamento térmico, exigindo precauções.
  • Inadequado para nitretação: Devido às suas baixas temperaturas de revenimento, o aço para ferramentas S7 normalmente não é adequado para nitretação ou tratamentos de superfície similares.
  • Mais difícil de usinar: seu alto teor de liga o torna comparativamente mais difícil de usinar do que aços de liga inferior.
  • Menos resistente ao desgaste (comparativamente): embora tenha boa resistência ao desgaste, é considerado menos resistente ao desgaste geral em comparação a alguns outros aços para ferramentas.
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