Têmpera em água vs. têmpera em óleo: qual é a diferença para o aço 35CrMo?

O aço 35CrMo, um material comum usado nas peças da nossa empresa, geralmente é temperado e revenido por meio de resfriamento a óleo ou resfriamento a água com resfriamento a óleo. No entanto, como o forno multiuso da linha de produção foi colocado em uso, ele não consegue concluir o processo de resfriamento a óleo com resfriamento a água.

Como resultado, a peça temperada com óleo, especialmente aquelas com barras laminadas sem processamento de superfície, apresenta baixa dureza e não atende aos requisitos de desenho. Isso exige uma têmpera secundária, o que afeta negativamente o desempenho das peças, aumenta os custos de produção e resulta em perdas desnecessárias.

Uma análise revelou que a baixa dureza se deve principalmente à velocidade de resfriamento insuficiente. Com base em dados relevantes e na experiência de produção de outras plantas de tratamento térmico, o resfriamento das barras de aço 35CrMo com salmoura pode aumentar a taxa de resfriamento.

Como nossa empresa não utilizou anteriormente a têmpera em água na produção de barras de aço 35CrMo, precisamos testar os métodos de têmpera em água e em óleo e comparar suas propriedades mecânicas antes de decidir implementar a têmpera em água para barras de aço 35CrMo.

1. Determinação do plano de teste

(1) Materiais de teste

O material de teste é 35CrMo barra de aço produzido por nossa empresa (φ 60 mm), consulte a Tabela 1 para obter a composição química.

Tabela 1 Composição química do 35CrMo Barra de aço (Análise de massa) (%)

(2) Instrumentos e equipamentos de teste

A linha de produção do equipamento de teste de forno multiuso está representada na Figura 1. A máquina de teste universal eletrônica é controlada usando o testador de dureza Rockwell e o microcomputador CMT8202.

Fig. 1 Linha de produção de fornos multiuso

(3) Método de teste

O teste consiste em duas partes: uma comparação da profundidade da camada endurecida entre dois métodos de têmpera.

As amostras de ambos os métodos de têmpera são submetidas a um teste de tração, e os resultados de sua resistência à tração e alongamento são comparados.

2. Processo de teste e análise de resultados

2.1 Profundidade de endurecimento

Pegue uma barra de φ60 mm como amostra de teste e realize a têmpera em óleo e em água.

(1) Óleo processo de resfriamento

Têmpera a 860 ℃, manutenção por 45 minutos, resfriamento do óleo a 150 ℃;

Tempere a 200 ℃, mantenha por 180 minutos e resfrie ao ar livre até a temperatura ambiente.

(2) Processo de resfriamento com água

Resfrie a 860°C, mantenha por 45 minutos e, em seguida, resfrie com água até 150°C.

Aqueça a 200°C, mantenha por 180 minutos e deixe esfriar até a temperatura ambiente.

Não foram observadas rachaduras de resfriamento na superfície da amostra tratada.

Meça a dureza da superfície usinada a cada 2,5 mm da superfície até o centro, conforme ilustrado na Figura 2.

Os resultados de dureza são apresentados na Tabela 2.

A Tabela 2 mostra que a dureza após a têmpera em água é alta, e a camada endurecida é profunda.

Fig. 2 Teste de dureza da camada endurecida

Tabela 2 Dureza da camada endurecida

2.2 Comparação das propriedades mecânicas

As barras de aço 35CrMo podem ser submetidas a têmpera em óleo e água, e a dureza pode ser ajustada para atingir 28-30HRC por meio do ajuste da temperatura de revenimento.

(1) Processo de resfriamento de óleo

Têmpera a 860 ℃, manutenção por 45 minutos, resfriamento do óleo a 150 ℃;

Tempere a 520 ℃, mantenha por 90 minutos e resfrie ao ar livre até a temperatura ambiente. A curva do processo é mostrada na Fig. 3.

Fig. 3 Curva do processo de resfriamento de óleo

(2) Processo de resfriamento com água

Têmpera a 860 ℃, manutenção por 45 minutos, resfriamento com água a 150 ℃;

Tempere a 580 ℃, mantenha por 90 minutos e resfrie ao ar livre até a temperatura ambiente. A curva do processo é mostrada na Fig. 4.

Fig. 4 Curva do processo de resfriamento com água

A barra de teste é processada em uma amostra de tração para o teste de tração, e os resultados são mostrados na Tabela 3.

A Tabela 3 mostra que a resistência após a têmpera em água é relativamente alta e a tenacidade é relativamente baixa, com pouca diferença no geral.

Tabela 3 Propriedades mecânicas

2.3 Análise de resultados

Com base nos resultados dos testes, pode-se deduzir que, embora a resistência à tração tenha melhorado significativamente, o alongamento diminuiu com a mesma dureza de superfície. Isso se deve à rápida velocidade de resfriamento da água de têmpera, que resulta em uma camada endurecida profunda e alta dureza.

Essa solução aborda o problema da dureza insuficiente em barras de aço 35CrMo após a têmpera em óleo.

3. Análise de benefícios

Mudar algumas peças de aço 35CrMo para um processo de têmpera em água pode não apenas atender aos requisitos de produção e reduzir a taxa de retrabalho, mas também economizar custos. A economia de eletricidade é igual ao custo de eletricidade para retrabalho mais o custo de eletricidade economizado pelo processo existente. O cálculo é o seguinte: Economia de eletricidade = (209 × 1,5 + 78 × 3) × 120 (aproximadamente 120 aquecimentos de produção de aço 35CrMo por ano) × 10% × 1,2 + 91 (potência da lavadora) × 0,5 × 120 × 1,2 yuan = 14436 yuan.

Custo de mão de obra economizado = (tempo economizado+tempo de retrabalho) × número de operadores × forno de produção anual × preço unitário da hora-homem=（0,5+4,5×10%）×2×120×8,571yuan = 1954yuan.

Custo de material economizado = (óleo de têmpera perda por forno+perda de fluido de limpeza) × produção anual de calor=(50+20) × 120 yuans = 8400 yuans.

O total anual é de cerca de 24790 yuans.

4. Conclusão

As barras de aço 35CrMo podem ser temperadas com água em vez de óleo.

Não só a dureza pode atender aos requisitos, como também tem pouco impacto sobre as propriedades mecânicas abrangentes.

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Além desses benefícios, a taxa de retrabalho diminuiu significativamente, levando a uma melhoria na eficiência da mão de obra e a uma redução nos custos de produção. Além disso, o uso de uma temperatura de resfriamento mais baixa e a eliminação da fumaça de óleo gerada no processo de resfriamento do material por resfriamento a óleo resultam em melhores benefícios econômicos, além de economia de energia e redução de emissões.