Já alguma vez se perguntou como é que o processo oculto de tratamento térmico transforma o aço-carbono comum num material versátil para peças mecânicas? Este blogue mergulha no fascinante mundo do tratamento térmico do aço #45 e 40Cr, revelando como processos precisos de aquecimento e arrefecimento podem melhorar significativamente a sua força, tenacidade e resistência ao desgaste. Ao compreender estas técnicas, descobrirá como componentes críticos, como engrenagens e veios, atingem a sua durabilidade e desempenho notáveis. Prepare-se para aprender a ciência por detrás da força das máquinas do dia a dia!
Tratamento térmico do aço: Refere-se ao processo de aquecimento, conservação do calor e arrefecimento de aço sólido de forma adequada para obter a estrutura e as propriedades pretendidas.
O tratamento térmico pode ser utilizado não só para reforçar 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 a propriedades mecânicas do açoAumentar a força, a tenacidade e a vida útil das peças, e melhorar a dureza e a resistência ao desgaste.
Por isso, as peças de máquinas e ferramentas importantes devem ser tratadas termicamente.
O tratamento térmico também pode melhorar o desempenho de processamento da peça de trabalho, melhorando assim a produtividade e a qualidade do processamento.
Por conseguinte, o tratamento térmico desempenha um papel muito importante na indústria de fabrico de máquinas.
Tomemos como exemplo o aço #45 e o aço 40Cr.
O revenido a alta temperatura após a têmpera é designado por "têmpera e revenido" na produção. As peças após têmpera e revenido têm boas propriedades mecânicas abrangentes e são amplamente utilizadas em várias peças estruturais importantes, especialmente bielas, parafusos, engrenagens e veios que trabalham sob carga alternada.
No entanto, a dureza da superfície é baixa e não é resistente ao desgaste.
A dureza da superfície das peças pode ser melhorada por têmpera e revenido + têmpera superficial.
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 de<=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, pelo que é amplamente utilizado.
O seu maior ponto fraco é que não devem ser utilizadas peças com baixa temperabilidade, grandes dimensões de secção e requisitos elevados.
A temperatura recomendada para o tratamento térmico do aço #45: normalização a 850 ℃, têmpera a 840 ℃, têmpera a 600 ℃.
① O aço #45 é qualificado se a sua dureza for superior a HRC55 (até HRC62) após a têmpera e antes da têmpera.
A dureza mais elevada na 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 revenido do aço #45: a temperatura de têmpera do aço #45 é A3 + (30 ~ 50) ℃. Na operação prática, o limite superior é geralmente tomado.
Uma temperatura de arrefecimento mais elevada pode acelerar a velocidade de aquecimento da peça de trabalho, reduzir a oxidação da superfície e melhorar a eficiência do trabalho.
A fim de homogeneizar a austenite da peça de trabalho, é necessário um tempo de retenção suficiente.
Se a quantidade de carga efectiva for elevada, é necessário prolongar adequadamente o tempo de espera.
Caso contrário, pode ocorrer uma dureza insuficiente devido a um aquecimento desigual.
No entanto, se o tempo de espera for demasiado longo, os defeitos de grão grosseiro e de oxidação grave descarbonização também ocorrerá, afectando a qualidade do arrefecimento.
Consideramos que o tempo de aquecimento e retenção deve ser alargado em 1/5 se a quantidade de carga for superior à especificada no documento do processo.
Dado que a temperabilidade do aço #45 é baixa, deve ser utilizada uma solução salina 10% com uma taxa de arrefecimento elevada.
Depois de a peça de trabalho ser arrefecida em água, deve ser temperada, mas não arrefecida.
Se a peça de trabalho for arrefecida em água salgada, pode provocar fissuras na peça de trabalho.
Isto porque quando a peça de trabalho é arrefecida até cerca de 180 ℃, o austenite transforma-se rapidamente em martensite, resultando em tensões estruturais excessivas.
Por conseguinte, quando a peça de trabalho temperada é rapidamente arrefecida até esta gama de temperaturas, deve ser adotado o método de arrefecimento lento.
Como a temperatura da água de saída é difícil de dominar, deve ser operada por experiência. Quando a peça de trabalho na água pára de tremer, a água de saída pode ser arrefecida com ar (se possível, é melhor arrefecer com óleo).
Além disso, a peça de trabalho deve mover-se em vez de ficar estática quando entra na água. Deve mover-se regularmente de acordo com a forma geométrica da peça de trabalho.
A estática meio de arrefecimento mais a peça de trabalho estática conduzirá a uma dureza desigual e a uma tensão desigual, resultando numa grande deformação e mesmo na fissuração da peça de trabalho.
A dureza do temperado e revenido As peças de aço #45 devem atingir HRC56~59, e a possibilidade de secção grande é menor, mas não pode ser inferior a HRC48.
Caso contrário, significa que a peça de trabalho não foi totalmente temperada, e pode haver sorbite ou mesmo estrutura de ferrite na estrutura, que ainda é retida na matriz após a têmpera, e o objetivo da têmpera e do 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.
Uma vez que o objetivo da têmpera é obter propriedades mecânicas abrangentes, a gama de dureza é relativamente ampla.
No entanto, se o desenho tiver requisitos de dureza, a temperatura de têmpera deve ser ajustada de acordo com os requisitos do desenho para garantir a dureza.
Por exemplo, algumas peças do veio requerem elevada resistência e elevada dureza;
No entanto, para algumas engrenagens e peças de eixo com ranhuras de chaveta, os requisitos de dureza são mais baixos devido à fresagem e ao entalhe após a têmpera e o revenido.
O tempo de conservação do calor de têmpera depende dos requisitos de dureza e do tamanho da peça de trabalho.
Acreditamos que a dureza após a têmpera depende da temperatura de têmpera e tem pouca relação com o tempo de têmpera, mas deve ser penetrada de volta.
Geralmente, o tempo de preservação do calor de têmpera da peça de trabalho é superior a uma hora.
Se o aço #45 for utilizado para cementação, é duro e quebradiço martensite aparecerá no núcleo após a têmpera, e as vantagens do tratamento de cementação perder-se-ão.
Atualmente, o teor de carbono dos materiais cementados não é elevada, e a resistência do núcleo pode atingir valores muito elevados em 0.30%, o que é raro na aplicação.
0,35% nunca vi exemplos, apenas introduzidos nos manuais escolares.
O processo de têmpera e revenido + têmpera superficial de alta frequência pode ser adotado, e a resistência ao desgaste é ligeiramente pior do que a da cementação.
40Cr pertence a GB3077 "Liga de aço estrutural".
O teor de carbono do aço 40Cr é 0.37% ～ 0.44%, que é ligeiramente inferior ao do aço #45. O conteúdo 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.
Uma vez que o preço do aço 40Cr é cerca de metade do preço do aço #45, é desnecessário para aqueles que podem utilizar o aço #45 por razões económicas.
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, a dureza, a tenacidade ao impacto e outras propriedades mecânicas do 40Cr após o tratamento de têmpera (ou revenido) são também significativamente superiores às do aço #45.
No entanto, devido à forte temperabilidade, o tensão interna do 40Cr durante a têmpera também é maior do que o do aço #45.
Nas mesmas condições, a inclinação da fenda do material 40Cr é também superior à do aço #45.
Por conseguinte, a fim de evitar a fissuração das peças, o óleo com baixa condutividade térmica é utilizado principalmente como meio de têmpera durante a têmpera de 40Cr (por vezes, também é utilizado o método de têmpera de líquido duplo, vulgarmente conhecido como arrefecimento com água e arrefecimento a óleo), enquanto a água com elevada condutividade térmica é utilizada como meio de arrefecimento para o aço 45Cr.
Naturalmente, a escolha da água e do óleo não é absoluta e está também intimamente relacionada com a forma da peça de trabalho.
A têmpera em água também pode ser utilizada para peças de 40Cr com formas simples, enquanto têmpera em óleo ou mesmo um banho de sal podem ser utilizados para peças de aço #45 com formas complexas.
Para a têmpera e o revenido da peça de trabalho de 40Cr, são especificados vários parâmetros na ficha de processo.
A nossa experiência de funcionamento efetivo é a seguinte:
(1) O arrefecimento a óleo deve ser adotado para peças de 40Cr após a têmpera.
O aço 40Cr tem boa temperabilidade, pode ser temperado quando arrefecido em óleo, e a tendência para a deformação e fissuração das peças de trabalho é pequena.
No entanto, no caso de um abastecimento de óleo apertado, as pequenas empresas podem extinguir a peça de trabalho com forma simples em água sem fissuras, mas o operador deve controlar rigorosamente a temperatura da entrada e saída de água com base na experiência.
(2) A dureza da peça de trabalho 40Cr ainda é alta após o revenimento, e a segunda temperatura de revenimento aumentará em 20 ~ 50 ℃, caso contrário, é difícil reduzir a dureza.
(3) Após a têmpera a alta temperatura, as peças de 40Cr com formas complexas são arrefecidos em óleo e simplesmente arrefecidos em água para evitar o impacto do segundo tipo de fragilidade da têmpera.
As peças após a têmpera e o arrefecimento rápido devem ser submetidas a um tratamento de alívio de tensões, se necessário.
A dureza máxima do aço de carbono médio após o tratamento térmico é de cerca de HRC55 (HB538), σb é 600~1100MPa.
Por conseguinte, o aço de médio carbono é o mais utilizado em várias aplicações com um nível de resistência médio.
Para além de ser utilizado como material de construção, é também amplamente utilizado no fabrico de várias peças mecânicas.
Desde que o aço de carbono médio tenha temperatura e tempo de espera suficientes, é geralmente possível atingir este valor de dureza, e é impossível se não se deformar.
A primeira é ter uma margem de maquinagem e, em seguida, utilizar uma máquina de retificação para a maquinagem, e a segunda é a têmpera superficial.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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