Aço para ferramentas S7 | 1.2355

3. Tratamento térmico de aço para ferramentas S7

Alcançar o desempenho excepcional pelo qual o aço para ferramentas S7 é conhecido — particularmente sua tenacidade ao impacto — depende fundamentalmente de um tratamento térmico preciso e executado corretamente. Este guia detalha meticulosamente as etapas essenciais do tratamento térmico do aço para ferramentas S7, necessárias para liberar todo o seu espectro de propriedades ideais. 

3.1 Recozimento

O aço para ferramentas S7 é normalmente fornecido recozido, garantindo máxima maciez e facilidade de usinagem. Caso seja necessário recozimento para restaurar esse estado ideal para fabricação, o processo envolve:

1. Aquecimento: Aqueça uniformemente o aço S7 a 1550°F (843°C).
2. Imersão: Mantenha essa temperatura por aproximadamente 1,5 hora por polegada (ou 3,5 minutos por mm) da seção mais grossa para garantir um aquecimento completo e uniforme.
3. Resfriamento: Implemente um resfriamento lento, reduzindo a temperatura do forno a uma taxa controlada de 25°F (14°C) por hora até atingir 900°F (482°C).
4. Cool final: Após atingir 482°C (900°F), o aço pode ser resfriado ao ar até a temperatura ambiente.

A dureza esperada após um processo de recozimento S7 adequado é de no máximo 230 HB, proporcionando um estado ideal para operações de usinagem subsequentes.

3.2 Endurecimento

A fase de têmpera do tratamento térmico do aço ferramenta S7 transforma a microestrutura recozida em uma estrutura martensítica significativamente mais dura, intercalada com carbonetos finos, o que é fundamental para seu desempenho e tenacidade no uso final. Isso envolve várias etapas importantes:

3.2.1 Etapas críticas de pré-aquecimento

O pré-aquecimento é uma etapa inicial crucial na sequência de têmpera do aço S7. Seus principais objetivos são minimizar o choque térmico, que pode levar à distorção ou trincas, e aliviar quaisquer tensões internas induzidas durante as operações de usinagem anteriores.

• Primeiro pré-aquecimento: Aqueça o componente S7 uniformemente a 1200°F (650°C).
• Tempo de espera: Mantenha essa temperatura por 10 a 15 minutos, garantindo que o calor seja distribuído uniformemente por toda a seção transversal da peça antes de prosseguir para a temperatura de austenitização.

3.2.2 Austenitização

Após o pré-aquecimento, o aço ferramenta S7 é rapidamente aquecido até sua temperatura de austenitização (endurecimento). Esta etapa visa dissolver efetivamente os carbonetos de liga e transformar a estrutura cristalina do aço em austenita.

• Temperatura de austenitização: A temperatura recomendada para austenitização do S7 é 1725°F (940°C).

3.2.3 Imersão

Uma vez atingida a temperatura de austenitização, o componente S7 deve ser encharcado. Esse período de retenção, ou tempo de encharque, é crucial para permitir que toda a estrutura se converta uniformemente em austenita e para garantir a dissolução adequada dos carbonetos necessários para o endurecimento ideal.

• Cálculo do tempo de imersão:

1. Para peças com seção transversal maior que 1 polegada (25 mm): deixe de molho por 1 hora por polegada (25 mm) da menor seção transversal.
2. Para seções menores: use diretrizes específicas, por exemplo, 30 minutos para seções de 1/8″ (3,175 mm) e 1 hora para seções de 1″ (25 mm).

• Cuidado: Evite tempos de imersão excessivamente longos, pois isso pode afetar negativamente a estrutura final dos grãos do aço e, consequentemente, suas propriedades mecânicas.

3.2.4 Resfriamento

A têmpera é a fase de resfriamento rápido que transforma o aço S7 austenitizado em uma estrutura martensítica dura. O S7 é um aço para ferramentas endurecido ao ar, tornando o resfriamento ao ar o método de têmpera padrão e mais seguro, minimizando os riscos de distorção.

• Têmpera padrão: Ar frio devido à temperatura de austenitização.
• Seções grandes: Para componentes com seções que excedam aproximadamente 2,5 polegadas (63 mm), o resfriamento a ar pode não atingir a dureza total. Nesses casos, a têmpera em óleo S7 pode ser necessária para garantir a têmpera completa.
• Resfriamento pós-têmpera: Após a têmpera, deixe a peça esfriar até que esteja morna ao toque (cerca de 65 °C) antes de prosseguir imediatamente para o revenimento. Esta etapa é vital para minimizar o risco de trincas por têmpera.

3.3 Têmpera

A têmpera é uma etapa final indispensável no processo de tratamento térmico do aço para ferramentas S7. Ela serve para reduzir as tensões internas desenvolvidas durante a têmpera, aumentar significativamente a tenacidade do aço (resistência ao choque) e atingir a dureza final de trabalho desejada.

• O momento certo é fundamental: O revenimento deve ser iniciado imediatamente após o componente S7 ter sido temperado e resfriado a aproximadamente 65 °C (150 °F). A estrutura temperada é altamente tensionada e inerentemente frágil, tornando-a propensa a rachaduras se o revenimento for adiado.
• Faixa de têmpera típica: Para a maioria das aplicações, o S7 é temperado entre 400°F (204°C) e 450°F (232°C).
• Recomendado para melhor desempenho: O revenimento do S7 a 230°C (450°F) geralmente produz sua dureza de trabalho ideal de aproximadamente 58 HRC, equilibrando efetivamente a resistência com sua característica alta resistência ao impacto.
• Aplicações de trabalho a quente: Se a ferramenta S7 for usada em aplicações de até 540°C (1000°F), ela deverá ser temperada a uma temperatura ligeiramente acima da temperatura máxima de operação prevista para garantir estabilidade.
• Tempo de espera na têmpera: Mantenha a temperatura de revenimento selecionada por pelo menos 2 horas para cada ciclo de revenimento. Alternativamente, uma diretriz comum é de 2 horas por polegada (25 mm) de espessura da seção transversal.
• Temperamentos múltiplos para resultados ideais: O revenimento duplo ou mesmo triplo é altamente recomendado para o aço ferramenta S7. Essa prática garante máxima tenacidade, refina a microestrutura e promove maior estabilidade dimensional e microestrutural. Deixe a peça esfriar completamente à temperatura ambiente entre cada ciclo de revenimento.
• Resfriamento final: O resfriamento lento do ar após o revenimento final é aconselhável para minimizar o desenvolvimento de tensões residuais.

3.4 Considerações pós-tratamento para aço S7

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.

3.5 Propriedades alcançáveis com tratamento térmico adequado do aço ferramenta S7

Quando o tratamento térmico do aço para ferramentas S7 é realizado corretamente, os usuários podem esperar as seguintes propriedades típicas, tornando o S7 uma escolha confiável para aplicações exigentes:

• Dureza de trabalho: Normalmente 56-58 HRC.
• Resistência ao choque: Muito alto, uma característica primária e definidora do S7.
• Resistência ao desgaste: Bom, embora geralmente menos do que aços trabalhados a frio com alto teor de carbono e alto teor de cromo, como O6 ou Aço para ferramentas D2.
• Estabilidade dimensional: Boa estabilidade durante todo o processo de tratamento térmico quando os procedimentos são seguidos corretamente.
• Benefício do endurecimento ao ar: A capacidade de endurecimento ao ar do S7 proporciona uma boa margem 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 demonstra boa resistência ao amolecimento em temperaturas moderadamente elevadas, tornando-o adequado para certas aplicações de trabalho em temperatura média, onde essa propriedade é benéfica.
• Endurecimento de superfície: Embora as propriedades essenciais do S7 sejam obtidas por meio do tratamento térmico descrito, a dureza superficial pode ser ainda mais aumentada por processos como carbonitretação ou nitretação (potencialmente para cerca de 64 HRC). No entanto, tais tratamentos superficiais podem afetar a resistência inerente ao choque do aço e devem ser considerados cuidadosamente com base nos requisitos da aplicação.
• Mudança dimensional: Espere um crescimento dimensional aproximado de +0,001 polegadas por polegada (0,001 mm por mm) quando o S7 for resfriado ao ar a partir da temperatura de endurecimento correta.

Para fornecer uma referência rápida, os principais parâmetros para o tratamento térmico do aço ferramenta S7 estão resumidos abaixo: