Tratamento térmico do aço: Refere-se ao processo de aquecimento, preservação do calor e resfriamento do aço sólido de forma adequada para obter a estrutura e propriedades exigidas.
O tratamento térmico pode ser utilizado não apenas para fortalecer o aço e melhorar o desempenho de serviço das peças mecânicas, mas também para melhorar o desempenho tecnológico do aço.
O ponto comum é que apenas a estrutura organizacional interna é alterada, sem alterar a forma e o tamanho da superfície.
O processo de tratamento térmico pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas do aço, aumentar a resistência, tenacidade e vida útil das peças e melhorar a dureza e a resistência ao desgaste.
Portanto, peças e ferramentas importantes de máquinas devem ser tratadas termicamente.
O tratamento térmico também pode melhorar o desempenho de processamento da peça, melhorando assim a produtividade e a qualidade do processamento.
Portanto, o tratamento térmico desempenha um papel muito importante na indústria de fabricação de máquinas.
Tomemos o aço #45 e o aço 40Cr como exemplos.
O revenido em alta temperatura após a têmpera é chamado de “têmpera e revenido” na produção. As peças após têmpera e revenido possuem boas propriedades mecânicas abrangentes e são amplamente utilizadas em diversas peças estruturais importantes, especialmente bielas, parafusos, engrenagens e eixos que trabalham sob carga alternada.
No entanto, a dureza superficial é baixa e não é resistente ao desgaste.
A dureza superficial das peças pode ser melhorada por têmpera e revenido + têmpera superficial.
1. Aço #45 – aço estrutural de médio carbono de alta qualidade
O aço #45 é denominado em GB, denominado S45C em JIS, 1045080M46 em ASTM e C45 em DIN;
O aço #45 é um aço estrutural de carbono de alta qualidade, com composição química: teor de carbono (C) de 0,42 ~ 0,50%, teor de Si de 0,17 ~ 0,37%, teor de Mn de 0,50 ~ 0,80%, teor de Cr <= 0,25%.
O desempenho do processamento a frio e a quente é bom, o desempenho mecânico é bom, o preço é baixo e a fonte é ampla, por isso é amplamente utilizado.
Seu maior ponto fraco é que peças com baixa temperabilidade, grandes dimensões de seção e altos requisitos não devem ser utilizadas.
A temperatura recomendada para tratamento térmico do aço #45: normalização a 850°C, têmpera a 840°C, revenimento a 600°C.
① O aço #45 é qualificado se sua dureza for superior a HRC55 (até HRC62) após a têmpera e antes do revenido.
A dureza mais alta em aplicação prática é HRC55 (têmpera de alta frequência HRC58).
② O processo de tratamento térmico de cementação e têmpera não é adotado para o aço #45.
Têmpera e revenimento do aço #45: a temperatura de têmpera do aço #45 é A3+(30~50) ℃. Na operação prática, geralmente é considerado o limite superior.
A temperatura de têmpera mais alta pode acelerar a velocidade de aquecimento da peça de trabalho, reduzir a oxidação da superfície e melhorar a eficiência do trabalho.
Para homogeneizar a austenita da peça, é necessário um tempo de retenção suficiente.
Se a quantidade real de carga for grande, é necessário prolongar o tempo de retenção de forma adequada.
Caso contrário, poderá ocorrer dureza insuficiente devido ao aquecimento desigual.
Porém, se o tempo de espera for muito longo, também ocorrerão defeitos de grão grosso e grave descarbonetação por oxidação, afetando a qualidade da têmpera.
Acreditamos que o tempo de aquecimento e retenção deve ser prolongado em 1/5 se a quantidade de carga for superior à especificada no documento do processo.
Como a temperabilidade do aço #45 é baixa, deve-se usar solução salina a 10% com alta taxa de resfriamento.
Depois que a peça de trabalho é resfriada em água, ela deve ser temperada, mas não totalmente resfriada.
Se a peça de trabalho for resfriada em água salgada, ela poderá rachar.
Isso ocorre porque quando a peça é resfriada a cerca de 180 ℃, a austenita se transforma rapidamente em martensita, resultando em tensão estrutural excessiva.
Portanto, quando a peça temperada é resfriada rapidamente até esta faixa de temperatura, o método de resfriamento lento deve ser adotado.
Como a temperatura da água de saída é difícil de controlar, ela deve ser operada com experiência. Quando a peça de trabalho na água para de tremer, a água de saída pode ser resfriada pelo ar (o resfriamento do óleo é melhor, se possível).
Além disso, a peça de trabalho deve mover-se em vez de ficar estática ao entrar na água. Deve mover-se regularmente de acordo com a forma geométrica da peça de trabalho.
O meio de resfriamento estático mais a peça estática levarão a dureza e tensão irregulares, resultando em grande deformação e até mesmo rachaduras na peça de trabalho.
A dureza das peças de aço #45 temperadas e revenidas deve atingir HRC56~59, e a possibilidade de seção grande é menor, mas não pode ser inferior a HRC48.
Caso contrário, significa que a peça não foi totalmente temperada, podendo haver estrutura de sorbita ou mesmo ferrita na estrutura, que ainda fica retida na matriz após o revenido, e o objetivo de têmpera e revenido não pode ser alcançado.
O revenido de alta temperatura do aço #45 após a têmpera, a temperatura de aquecimento é geralmente 560 ~ 600 ℃ e o requisito de dureza é HRC22 ~ 34.
Como o objetivo do revenido é obter propriedades mecânicas abrangentes, a faixa de dureza é relativamente ampla.
Porém, se o desenho tiver requisitos de dureza, a temperatura de revenido deve ser ajustada de acordo com os requisitos do desenho para garantir a dureza.
Por exemplo, algumas peças de eixo requerem alta resistência e alta dureza;
No entanto, para algumas engrenagens e peças de eixo com rasgos de chaveta, os requisitos de dureza são menores devido ao fresamento e abertura de canais após têmpera e revenido.
O tempo de preservação do calor de revenido depende dos requisitos de dureza e do tamanho da peça de trabalho.
Acreditamos que a dureza após o revenido depende da temperatura de revenido e tem pouca relação com o tempo de revenido, mas deve ser penetrada de volta.
Geralmente, o tempo de preservação do calor de revenido da peça de trabalho é superior a uma hora.
Se o aço #45 for usado para cementação, martensita dura e quebradiça aparecerá no núcleo após a têmpera e as vantagens do tratamento de cementação serão perdidas.
Atualmente, o teor de carbono dos materiais carburizados não é alto e a resistência do núcleo pode chegar a 0,30%, o que é raro na aplicação.
0,35% nunca viram exemplos, apenas introduzidos em livros didáticos.
O processo de têmpera e revenido + têmpera superficial de alta frequência pode ser adotado, e a resistência ao desgaste é um pouco pior do que a da cementação.
2. Aço 40Cr – liga de aço estrutural
40Cr pertence a GB3077 “Liga de Aço Estrutural”.
O teor de carbono do aço 40Cr é de 0,37% ～ 0,44%, o que é ligeiramente inferior ao do aço #45. O teor de Si e Mn é equivalente, com 0,80% ～ 1,10% Cr.
No caso do fornecimento de laminação a quente, o 1% Cr basicamente não funciona e as propriedades mecânicas dos dois são praticamente as mesmas.
Como o preço do 40Cr é cerca de metade do preço do aço #45, ele é desnecessário para quem pode usar o aço #45 por razões econômicas.
Tratamento de têmpera e revenido do aço 40Cr: O principal papel do Cr no tratamento térmico é melhorar a temperabilidade do aço.
Devido à melhoria da temperabilidade, a resistência, dureza, resistência ao impacto e outras propriedades mecânicas do 40Cr após o tratamento de têmpera (ou revenido) também são significativamente maiores do que as do aço #45.
No entanto, devido à forte temperabilidade, a tensão interna do 40Cr durante a têmpera também é maior do que a do aço #45.
Nas mesmas condições, a inclinação da fissura do material 40Cr também é maior que a do aço #45.
Portanto, para evitar rachaduras nas peças de trabalho, o óleo com baixa condutividade térmica é usado principalmente como meio de têmpera durante a têmpera 40Cr (às vezes também é usado o método de têmpera líquida dupla, comumente conhecida como têmpera com água e resfriamento de óleo), enquanto água com alta condutividade térmica é usado como meio de têmpera para aço 45Cr.
É claro que a escolha da água e do óleo não é absoluta e também está intimamente relacionada ao formato da peça.
A têmpera em água também pode ser usada para peças de 40Cr com formatos simples, enquanto a têmpera em óleo ou mesmo banho de sal pode ser usada para peças de aço #45 com formatos complexos.
Para têmpera e revenido da peça 40Cr, vários parâmetros são especificados na ficha de processo.
Nossa experiência em operação real é a seguinte:
(1) O resfriamento a óleo deve ser adotado para peças de 40Cr após a têmpera.
O aço 40Cr tem boa temperabilidade, pode ser temperado quando resfriado em óleo e a tendência de deformação e rachaduras das peças é pequena.
No entanto, no caso de fornecimento de óleo estanque, as pequenas empresas podem temperar a peça de trabalho com formato descomplicado em água sem rachar, mas o operador deve controlar rigorosamente a temperatura de entrada e saída de água com base na experiência.
(2) A dureza da peça 40Cr ainda é alta após o revenido, e a temperatura do segundo revenido aumentará em 20 ~ 50 ℃, caso contrário, será difícil reduzir a dureza.
(3) Após o revenido em alta temperatura, as peças de 40Cr com formatos complexos são resfriadas em óleo e simplesmente resfriadas em água para evitar o impacto do segundo tipo de fragilidade do revenimento.
As peças após revenimento e resfriamento rápido serão submetidas a tratamento de alívio de tensões, se necessário.
A dureza máxima do aço carbono médio após o tratamento térmico é de cerca de HRC55 (HB538), σb é 600 ~ 1100MPa.
Portanto, o aço médio carbono é o mais utilizado em diversas aplicações com nível de resistência médio.
Além de ser utilizado como material de construção, também é amplamente utilizado na fabricação de diversas peças mecânicas.
Desde que o aço médio carbono tenha temperatura e tempo de retenção suficientes, geralmente é possível atingir esse valor de dureza, e é impossível se não se deformar.
A primeira é ter margem de usinagem e, em seguida, usar uma retificadora para usinagem, e a segunda é a têmpera superficial.
