Tabela de temperabilidade do aço ferramenta

A seção mostra a profundidade de endurecimento de cada aço ferramenta, a dureza alcançada no núcleo e a temperatura de têmpera correspondente. Os graus de têmpera em água endurecem apenas uma camada fina, os graus de têmpera em óleo atingem maior profundidade, e os graus de têmpera ao ar, como D2, A2 e S7, endurecem através dos maiores blocos, o que determina se um determinado grau pode ou não formar uma seção de matriz espessa.

Tamanho da seção que cada grau endurece através

Meio de resfriamento e o diâmetro que o grau endurece através nesse resfriamento, com a dureza alcançada logo após o resfriamento. As temperaturas de têmpera e revenimento para os mesmos graus estão no gráfico de têmpera e revenimento.

Grau	Endurece através	Meio de têmpera	HRC como temperado ^(a)
W2	Profundidade de resfriamento 1/8–3/16 in. (3,2–4,8 mm)	Água	68 HRC
O1	Através de 1-3/4 in. (44,5 mm) de diâmetro	Óleo	64 a 65
S5	Através de 3 in. (76,2 mm) de diâmetro	Óleo	62–63
A2	Através de 4-1/2 in. (114,3 mm) de diâmetro	Ar	62–63
S7	Através de 2-1/2 in. (63,5 mm) de diâmetro	Ar	59–60
D2	Através de 5 in. (127 mm) de diâmetro	Ar	61–63
M2	Através de 1-1/2 in. (38,1 mm) de diâmetro	Ar	65–66
H13	Através de 2-1/2 in. (63,5 mm) de diâmetro	Ar	52–54

Fonte: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabela 5-6, das fichas técnicas dos graus da Bethlehem Steel.

Prática de têmpera para aços para matrizes, seção redonda

A seção que o grau endurece completamente através, a dureza na qual normalmente trabalha e a temperatura de austenitização que a produz. As classificações de desgaste e tenacidade para os mesmos graus estão no gráfico de propriedades gerais.

Grau	Endurece através	HRC de trabalho	Temperatura de têmpera	Meio de têmpera
W2	Profundidade de resfriamento aproximadamente 1/8 in. (3,2 mm) por lado	60-62	1.400–1.450 °F (760–788 °C)	Têmpera em água
S7	Através de 2-1/2 in. (63,5 mm) redondo	56–58	1.725 °F (941 °C)	Resfriamento ao ar
A2	Através de 4-1/2 in. (114,3 mm) redondo	58-60	1.775 °F (968 °C)	Resfriamento ao ar
D2	Através de 5 in. (127 mm) redondo	58-60	1.850 °F (1.010 °C)	Resfriamento ao ar

Fonte: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabela 5-8, citando fichas técnicas da Bethlehem Steel para W2, S7, A2 e D2.

Prática de têmpera para aços para moldes, seção quadrada

Os aços para moldes são cotados em seções quadradas em vez de redondas, porque essa é a forma de um bloco de molde. A2 e S7 aparecem em ambas as tabelas por esse motivo.

Grau	Endurece através	HRC de trabalho	Temperatura de têmpera	Meio de têmpera
A2	Através de 4-1/2 in. (114,3 mm) quadrado	58-60	1.775 °F (968 °C)	Resfriamento ao ar
S7	Através de 2-1/2 in. (63,5 mm) quadrado	56–58	1.725 °F (941 °C)	Resfriamento ao ar
420 SS	Através de 1-1/2 in. (38,1 mm) quadrado	48–50	1.750–1.850 °F (954–1.010 °C)	Resfriamento ao ar
H13	Através de 1-1/2 in. (38,1 mm) quadrado	46–48	1.850 °F (1.010 °C)	Resfriamento ao ar
P-20	Pré-endurecido, sem etapa de têmpera	28–32	Pré-endurecido na entrega	Nenhum

Fonte: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabela 5-10, das fichas técnicas da Bethlehem Steel.

Quão duros são os outros materiais de ferramentaria

Dureza dos revestimentos e materiais não metálicos que compartilham uma matriz com aço para ferramentas, em microdureza Knoop e o valor Rockwell C geralmente citado para eles. Os tratamentos de superfície que produzem essas camadas são descritos na página de tratamento superficial.

Material ou revestimento	Knoop (HK)	Rockwell C (HRC) ^(b)
Diamante	9,000	99
Nitreto cúbico de boro	5,000	94
Nitreto de titânio	2,800	87
Carboneto de vanádio	2,500	85
Carbeto de silício	2,400	84
Óxido de alumínio	2,100	83
Carboneto de tungstênio	1,900	82
Óxido de zircônio	1,500	77
Camada nitretada a gás	850–1,000	65–70
Cromagem	900–1,000	68–70
Aços rápidos endurecidos	800–850	63–65
Aços para ferramentas endurecidos	460–690	45–60
Aços recozidos	185	20

Fonte: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed), Tabela 5-11, das estimativas de conversão de dureza Bry Coat.

Knoop e Rockwell C não estão na mesma escala. Os valores acima de 68 HRC são aproximações, não conversões de dados de dureza, porque a relação entre as duas escalas perde precisão à medida que os valores Knoop aumentam.
Os diâmetros acima descrevem uma seção redonda resfriada em todos os lados. A profundidade real varia com o projeto da peça, a massa da peça, a temperatura de têmpera e a velocidade de resfriamento, e o núcleo de um bloco retangular pesado resfria mais lentamente do que o mesmo peso de barra redonda.

Lendo a tabela

Aços com boa temperabilidade endurecem mais profundamente e com mais segurança. Um grau que se transforma a uma taxa de resfriamento lenta pode ser temperado ao ar, e a têmpera ao ar impõe muito menos tensão à peça do que a água ou o óleo, de modo que a seção tem menos probabilidade de trincar ou de se deformar. É por isso que os graus de têmpera ao ar suportam as seções de matriz mais pesadas, e por isso que trincas por têmpera geralmente é uma história sobre um grau de baixa temperabilidade em uma seção pesada.

O meio de resfriamento importa tanto quanto o grau. O1 endurece através de 1-3/4 in. somente quando o óleo é agitado e mantido frio, e uma peça resfriada lentamente demais apresentará baixa dureza no núcleo enquanto apresenta dureza total no canto. Onde uma peça precisa ser resfriada em água para endurecer, a seção é limitada pelo risco de trinca e não pela meta de dureza.

A têmpera ao ar também significa menor movimentação. O D2 cresce de mais ou menos 0,0005 in. por in. de dimensão ao longo de todo o ciclo, contra 0,0015 in. por in. para um grau de têmpera em óleo, a diferença entre retificar na medida após a têmpera e esperar que o bloco saia próximo. Os valores para cada família estão na gráfico de variação dimensional, e o material a remover da barra laminada a quente conforme fornecida está no Tabela de sobremetal para usinagem.

Alta temperabilidade não é o mesmo que alta dureza de trabalho. O H13 endurece através de 2-1/2 in. mas trabalha a 46 a 48 HRC, porque uma matriz de trabalho a quente troca dureza por tenacidade em temperatura. A dureza a quente que esses graus mantêm é mostrada na gráfico de dureza a quente.

Um grau de endurecimento superficial é a resposta certa para algumas ferramentas. O W2 proporciona uma camada dura sobre um núcleo tenaz em uma única têmpera, o que se adequa a um punção que precisa de uma face de desgaste e um corpo que não se estilhace. O P20 chega pré-endurecido a 28 a 32 HRC e nunca é endurecido pelo ferramenteiro, razão pela qual os grandes blocos de molde são feitos dele. Ambas as rotas são abordadas na Seleção por aplicação páginas.

A menos que se verifique o núcleo, uma leitura baixa na superfície não diz nada sobre a temperabilidade. A descarbonetação e o resfriamento lento amolecem a superfície de uma peça que endureceu corretamente no interior. Corte ou retifique alguns milésimos antes de testar, e use os métodos de teste de dureza quando uma lima não for suficiente. Os valores lidos em outras escalas são convertidos na Calculadora de conversão de dureza.

A temperabilidade vem do carbono e dos elementos de liga que o mantêm em solução: cromo, molibdênio, manganês e tungstênio. A composição de cada grau está na tabela de composição.

Os números da tabela vêm do ensaio de têmpera em uma extremidade, que mede a temperabilidade. Uma barra redonda de 25 mm é austenitizada, fixada em seu dispositivo e resfriada apenas por uma extremidade, de modo que um único corpo de prova cobre uma faixa completa de taxas de resfriamento ao longo de seu comprimento.

Jominy end-quench hardenability test: the 25 mm round specimen in its fixture with the water jet spraying the lower end, with specimen dimensions and quench conditions labelled — Fig. 5.20. O corpo de prova Jominy de têmpera em uma extremidade e seu dispositivo. A barra de 25 mm de diâmetro x 100 mm é resfriada pela extremidade inferior por um jato de água sem obstrução a 24 ± 3 °C, e a dureza é então lida a cada 1/16 in. a partir da extremidade resfriada. Um ensaio em cada taxa de resfriamento torna os valores de dureza versus distância nas tabelas acima comparáveis entre graus. Fonte: B. Liščić, Hardenability of Steel, in Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 5.20.

As tabelas acima fornecem os números. O diagrama abaixo mostra por que eles resultam dessa forma: um diagrama de transformação por resfriamento contínuo calculado, com as taxas de resfriamento que uma têmpera real produz traçadas sobre ele. Uma curva rápida evita as linhas de início de ferrita e perlita e chega à martensita; uma curva lenta as cruza primeiro e termina como ferrita e perlita, que é a origem das manchas moles e da dureza abaixo do especificado.

Calculated continuous cooling transformation diagram for a 0.37C 1.45Mn 0.25Si steel with cooling curves for 100, 10, 1 and 0.1 C per second — Fig. 2.20b. Um diagrama de transformação por resfriamento contínuo calculado para um aço 0,37% C, 1,45% Mn, 0,25% Si, com as curvas de resfriamento para 100, 10, 1 e 0,1 °C/s traçadas sobre ele. As curvas marcadas são o início (0,1%) e a quase conclusão (99,9%) das reações de ferrita, perlita e bainita. Lendo ao longo das quatro taxas de resfriamento, o ponto das tabelas de temperabilidade acima fica visível: o meio e o tamanho da seção decidem se a têmpera ultrapassa os narizes de transformação, e o nome do grau apenas desloca onde eles se situam. Painel (b) da Fig. 2.20; diagrama calculado com JMatPro, reproduzido de S.S. Babu, Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006.

Combine a têmpera com a seção

Têmpera em água para seção fina em um grau de baixa temperabilidade, óleo para a faixa intermediária, ar para qualquer coisa pesada ou difícil. Uma têmpera mais rápida do que a seção necessita não traz benefício e custa tensão. A Aobo Steel lista os tamanhos de barra redonda e chapa que fornece na catálogo de aços para ferramentas.

Os graus de endurecimento superficial são o caso difícil para esse ensaio, porque sua temperabilidade se esgota nos primeiros milímetros da barra. Dois corpos de prova especiais em L são usados para eles.

Para tudo que não é têmpera superficial, o diâmetro da barra que tempera através de um determinado meio é lido em um diagrama como este.

Lamont diagram for the centre of round bars: bar diameter against the distance from the quenched end of a Jominy probe, for several quench severities H — Fig. 9.56. Diagrama de Lamont para o centro de barras redondas: diâmetro da barra em função da distância da extremidade temperada de uma sonda Jominy, para uma família de severidades de têmpera H. O diagrama converte uma curva de têmpera de extremidade no diâmetro que temperará através de uma determinada severidade de têmpera, que é o cálculo por trás do ajuste da têmpera à seção: um grau de têmpera superficial precisa de um H alto e um diâmetro pequeno, e o mesmo grau em um diâmetro maior precisa de um meio mais rápido. Leia-o com os valores de H dos meios comuns, que vão de cerca de H 0,2 para um óleo parado a cerca de H 2,8 para água agitada. Fonte: H.M. Tensi, A. Stich e G.E. Totten, Quenching and Quenching Technology, in Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 9.56.

Two L specimens used for Jominy hardenability testing of shallow-hardening steels, dimensions in millimetres — Fig. 5.24. Os dois corpos de prova L usados para o ensaio de têmpera por extremidade de aços de têmpera superficial, todas as dimensões em milímetros. A ponta do L fica mais próxima do jato de água do que ficaria em uma barra padrão, o que estende a taxa de resfriamento ao longo dos primeiros milímetros críticos, de modo que a queda de dureza possa ser resolvida. Este é o corpo de prova usado para os graus de carbono de têmpera em água, como W1 e W2, em que a camada endurecida tem apenas alguns milímetros de profundidade. Fonte: B. Liščić, Hardenability of Steel, in Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 5.24.

Pré-endurecido é uma compra diferente

O P20 e os graus de molde pré-endurecidos chegam na dureza de trabalho e são usinados diretamente no molde. As tabelas de temperabilidade não se aplicam, a menos que o bloco seja posteriormente endurecido, o que a maioria das oficinas de moldes evita. Os graus para moldes são agrupados em aços para moldes de plástico.

Mantenha o ciclo com o aço

A temperabilidade define o que é possível; o ciclo do forno decide o que você obtém. O guia de tratamento térmico lista as etapas que um ciclo de aço ferramenta deve incluir, e o certificado de fábrica comprova a análise usada para calcular a temperabilidade.

O tamanho da seção supera o nome do grau

Duas matrizes do mesmo grau se comportam de forma diferente quando uma pesa quatro vezes mais que a outra. Onde a seção é o problema, a resposta geralmente é um grau diferente em vez de um tempo de encharque maior, e o guia de seleção de grau aborda essa troca na ordem em que uma oficina de matrizes a enfrenta.

A mesma curva responde à pergunta da seção: qual é a maior barra que ainda manterá 50% de martensita no centro em um determinado meio de resfriamento. O gráfico abaixo mostra isso para dois graus ao mesmo tempo.

As duas maneiras de descrever a mesma têmpera, distância Jominy e valor H, são unidas por uma curva de calibração.

Quench severity in terms of Grossman H value against Jominy distance, from 6 to 24 sixteenths of an inch — Fig. 10.17. Severidade de resfriamento (valor H de Grossman) versus distância Jominy, de 6 a 24 dezesseis avos de polegada. A curva calibra as duas descrições da mesma têmpera, de modo que uma oficina com uma curva de têmpera em uma extremidade mas sem quenchômetro ainda pode atribuir um número de severidade ao seu meio, e uma oficina com o número de severidade pode prever onde a curva de têmpera em uma extremidade deve se situar. A figura é creditada na fonte a R. Kern, Heat Treating, 1985. Fonte: M. Narazaki e G.E. Totten, Distortion of Heat-Treated Components, in Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 10.17.

Determining the critical diameter of round bars from the Jominy hardenability curves of two steels, with hardness and bar diameter against distance from the quenched end — Fig. 5.48. Determinação do diâmetro crítico de uma barra redonda a partir de sua curva de têmpera por extremidade. O gráfico superior traz a dureza Jominy de um aço com 0,45% de carbono (Ck45) e de um aço cromo-molibdênio com 0,44% de C (50CrMo4) em função da distância da extremidade temperada, com o nível de 48 e 45 HRC que corresponde a 50% de martensita marcado ao longo dele. O gráfico inferior converte essa distância em um diâmetro de barra para duas intensidades de têmpera, H = 5,0 (salmoura vigorosa) e H = 0,4 (óleo parado). O grau de têmpera superficial perde os 50% de martensita em um diâmetro muito menor, que é o trade-off em relação ao tamanho da seção descrito acima. Fonte: B. Liščić, Hardenability of Steel, in Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 5.48.

Uma faixa de temperabilidade coloca todo o argumento em um único gráfico. Ela fornece a faixa de dureza que um grau pode manter a uma determinada distância da extremidade resfriada, e a largura da faixa é a dispersão permitida ao fabricante de aço para esse grau.

Steel hardenability band, HRC range against distance from the cooling surface in mm — Fig. 3.21. Uma faixa de temperabilidade do aço: a faixa de HRC (sombreada) que um aço atinge em cada distância da superfície de resfriamento. A curva superior é o lote de alta temperabilidade e a curva inferior o de baixa. Uma seção espessa lê-se na extremidade direita do gráfico, onde a faixa é estreita e baixa, que é o efeito do tamanho da seção sobre o qual as tabelas acima são construídas. Fonte: A.V. Sverdlin e A.R. Ness, Fundamental Concepts in Steel Heat Treatment, em Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 3.21.

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Fontes: Tool and Die Making Troubleshooter (R. M. Leed, Hanser Gardner), Tabelas 5-6, 5-8, 5-10 e 5-11, provenientes de fichas de dados de graus da Bethlehem Steel Corporation (1976 a 1981) e estimativas de conversão de dureza Bry Coat. Dados de referência apenas para comparação. Confirme o meio de resfriamento e a profundidade em seu próprio forno com um corpo de prova antes da produção. A Aobo Steel fornece aço ferramenta no estado recozido, e o cliente realiza a têmpera.