Guia de Tratamento Térmico de Aço para Ferramentas S7

Aço ferramenta S7 é classificado como um aço para ferramentas resistente a impactos pela Instituto Americano de Ferro e Aço (AISI). O desempenho ideal só é alcançado por meio de tratamento térmico adequado. Este guia descreve sistematicamente as principais etapas e considerações críticas para o tratamento térmico eficiente do aço para ferramentas S7, com base em princípios metalúrgicos estabelecidos e em nossa vasta experiência em produção e processamento. O tratamento térmico do aço para ferramentas S7 normalmente envolve quatro etapas: pré-aquecimento, austenitização, têmpera e revenimento.

1. Pré-aquecimento 

O processo de pré-aquecimento é uma etapa inicial crítica para quase todos os aços para ferramentas, incluindo o aço para ferramentas S7. Ele pré-ajusta a estrutura molecular do material, ajudando a eliminar tensões geradas durante a usinagem ou o corte do material. A temperatura de pré-aquecimento para o aço para ferramentas S7 é de 650 °C (1200 °F), onde é mantida por 10 a 15 minutos até aquecer uniformemente. Deve-se ter cuidado para evitar exposição prolongada a essa temperatura, pois pode romper a estrutura molecular e afetar negativamente os ciclos subsequentes de tratamento térmico. Para peças complexas ou de grande volume, um pré-aquecimento preliminar a uma temperatura mais baixa, como 650 °C (1200 °F), pode ser realizado para mitigar ainda mais os riscos de choque térmico.

2. Austenitização

A austenitização é o processo de aquecimento do aço a uma temperatura em que sua estrutura se transforma de um agregado de ferrita-perlita em austenita, dissolvendo uma parcela significativa de seus carbonetos. A temperatura de austenitização recomendada para o aço ferramenta S7 é de 940 °C (1725 °F). O tempo de imersão deve ser calculado com base na menor seção transversal da peça. Para peças com espessura superior a 25 mm (1 polegada), a regra geral é de uma hora por polegada (25 mm). Para seções transversais menores:

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

É essencial garantir que a peça atinja a mesma temperatura do forno, confirmada visualmente por uma cor semelhante, antes de iniciar o tempo de imersão.

3. Têmpera

Têmpera refere-se ao processo de resfriamento rápido do aço austenítico para transformar a austenita em martensita, uma estrutura de matriz rígida. O aço para ferramentas S7 é um aço para ferramentas que pode ser temperado ao ar. A têmpera ao ar é o método de têmpera mais lento, oferecendo a vantagem de reduzir o choque térmico e as tensões internas.

Embora o aço S7 possua propriedades de têmpera ao ar, existem limitações dimensionais. Quando as dimensões da seção transversal excedem aproximadamente 63 mm (2,5 polegadas), o resfriamento a ar por si só pode não atingir a têmpera completa, pois o volume do material reduz significativamente a taxa de têmpera. Nesses casos, a têmpera em óleo deve ser considerada para uma têmpera mais segura e eficiente.

Após a têmpera, as peças devem ser resfriadas a temperaturas seguras para manuseio (52-65 °C ou 125-150 °F). Nesta fase, o aço é instável e altamente suscetível a trincas. A austenita residual pode se estabilizar, complicando as transformações subsequentes. Portanto, as peças devem ser imediatamente transferidas para revenimento. Se for necessário o desempeno, ele deve ser realizado enquanto o material estiver acima de 205 °C (400 °F).

4. Têmpera

Revenimento é o processo de reaquecimento após a têmpera, que visa aumentar a tenacidade e aliviar tensões internas, contribuindo para a dureza final desejada. Conforme mencionado na etapa de têmpera anterior, o revenimento deve ser realizado imediatamente após a peça resfriar a 52-65 °C (125-150 °F) após a têmpera, o que é fundamental para evitar rachaduras.

Para o aço S7, a temperatura inicial de revenimento recomendada é de 230 °C (450 °F). Se for realizado um revenimento secundário, a temperatura deve ser reduzida para 220 °C (425 °F). A temperatura de revenimento secundário é normalmente 14 °C (25 °F) mais baixa que a do revenimento inicial. Cada ciclo de revenimento deve ser mantido por 2 horas por polegada (25 mm) de seção transversal. O subrevenimento deve ser estritamente evitado.

Relação entre dureza e temperatura de revenimento do aço S7¹

Temperatura de têmpera	Dureza Rockwell C
Como extinto	62
300°F / 150°C	59
400°F / 205°C	58
600°F / 315°C	55
800°F / 425°C	52
1000°F / 540°C	50
1200°F / 650°C	41

Uma aplicação típica do S7 é em matrizes de estampagem a frio, onde é tipicamente utilizado com dureza de trabalho de 56 a 60 HRC. As temperaturas de revenimento recomendadas (230 °C e 220 °C) são consistentes com a obtenção de níveis de dureza dentro dessa faixa, a partir de uma dureza de têmpera de aproximadamente 60 HRC.

Para a maioria dos aços para ferramentas, múltiplos ciclos de revenimento (tipicamente dois ou até três) são fortemente recomendados para reduzir a austenita retida, refinar a estrutura dos grãos, aumentar a resistência ao desgaste e aliviar tensões. Entre os intervalos de revenimento, a peça deve resfriar completamente à temperatura ambiente para minimizar a austenita retida. Observe que revenimentos consecutivos na mesma temperatura são ineficazes.

O revenimento induz alterações dimensionais. Quando o aço S7 é revenido a 260 °C (500 °F) conforme a especificação, ele pode expandir aproximadamente 0,01524 mm/25 mm (0,0006 pol./pol.) ao longo da direção das fibras e cerca de 0,0508 mm/25 mm (0,0002 pol./pol.) perpendicularmente à direção das fibras. Para dimensões críticas, recomenda-se consultar a tabela de alterações dimensionais de revenimento específica para o aço S7. A tabela a seguir mostra as curvas de alteração dimensional do aço S7 em diferentes temperaturas de revenimento.

O tratamento térmico eficaz do aço para ferramentas S7 determina diretamente suas propriedades finais e vida útil, economizando tempo e custos de produção. Tempo de imersão insuficiente ou revenimento inadequado durante o tratamento térmico reduzirão significativamente a vida útil da ferramenta e comprometerão seu desempenho. A adesão rigorosa aos procedimentos de pré-aquecimento, austenitização, têmpera e revenimento, aliada à atenção especial a fatores como o controle de deformação, garante que o aço para ferramentas S7 atinja seu máximo potencial de desempenho.

1. Bryson, William E. Tratamento térmico, seleção e aplicação de aços para ferramentas. 2ª ed., Publicações Hanser, 2005, p. 197. ↩︎