Você já se perguntou como o processo oculto de tratamento térmico transforma o aço carbono comum em um material versátil para peças mecânicas? Este blog se aprofunda no fascinante mundo do tratamento térmico dos aços #45 e 40Cr, revelando como processos precisos de aquecimento e resfriamento podem aumentar significativamente sua força, tenacidade e resistência ao desgaste. Ao compreender essas técnicas, você descobrirá como componentes essenciais, como engrenagens e eixos, alcançam durabilidade e desempenho notáveis. Prepare-se para aprender a ciência por trás da força do maquinário cotidiano!
Tratamento térmico do aço: Refere-se ao processo de aquecimento, preservação do calor e resfriamento de aço sólido de forma adequada para obter a estrutura e as propriedades necessárias.
O tratamento térmico pode ser usado 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 em comum é que apenas a estrutura organizacional interna é alterada sem mudar a forma e o tamanho da superfície.
O processo de tratamento térmico pode melhorar significativamente o propriedades mecânicas do açoA tecnologia de ponta, que aumenta a força, a tenacidade e a vida útil das peças, melhora a dureza e a resistência ao desgaste.
Portanto, peças de máquinas e ferramentas importantes devem ser tratadas termicamente.
O tratamento térmico também pode melhorar o desempenho do processamento da peça de trabalho, aumentando assim a produtividade e a qualidade do processamento.
Portanto, o tratamento térmico desempenha um papel muito importante no setor de fabricação de máquinas.
Tomemos como exemplo o aço #45 e o aço 40Cr.
O revenimento em alta temperatura após a têmpera é chamado de "têmpera e revenimento" na produção. As peças após a têmpera e o revenimento têm boas propriedades mecânicas abrangentes e são amplamente utilizadas em várias peças estruturais importantes, especialmente bielas, parafusos, engrenagens e eixos que trabalham sob carga alternada.
Entretanto, a dureza da superfície é baixa e não é resistente ao desgaste.
A dureza da superfície das peças pode ser melhorada por meio de têmpera e revenimento + têmpera de superfície.
O aço #45 é chamado em GB, 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, por isso é amplamente utilizado.
Seu maior ponto fraco é que não devem ser usadas peças com baixa temperabilidade, tamanho de seção grande e requisitos elevados.
A temperatura recomendada para o tratamento térmico do aço #45: normalização a 850 ℃, resfriamento a 840 ℃, têmpera a 600 ℃.
① O aço #45 é qualificado se sua dureza for maior que HRC55 (até HRC62) após a têmpera e antes do revenimento.
A dureza mais alta na aplicação prática é HRC55 (HRC58 com têmpera de alta frequência).
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 resfriamento do aço #45 é A3+(30~50) ℃. Na operação prática, o limite superior é geralmente adotado.
A temperatura de resfriamento 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 o austenita da peça de trabalho, é necessário um tempo de retenção suficiente.
Se a quantidade real de carga for grande, é necessário estender o tempo de espera adequadamente.
Caso contrário, poderá ocorrer dureza insuficiente devido ao aquecimento desigual.
No entanto, se o tempo de espera for muito longo, os defeitos de granulação grossa e oxidação grave podem ocorrer. descarburação também ocorrerá, afetando a qualidade da têmpera.
Acreditamos que o tempo de aquecimento e retenção deve ser estendido em 1/5 se a quantidade de carga for maior do que a especificada no documento do processo.
Como a temperabilidade do aço #45 é baixa, deve ser usada a solução salina 10% com alta taxa de resfriamento.
Depois que a peça de trabalho for resfriada na água, ela deve ser temperada, mas não resfriada completamente.
Se a peça de trabalho for resfriada em água salgada, ela poderá rachar.
Isso ocorre porque, quando a peça de trabalho é resfriada a cerca de 180 ℃, o austenita transforma-se rapidamente em martensita, resultando em estresse estrutural excessivo.
Portanto, quando a peça de trabalho temperada é resfriada rapidamente até essa faixa de temperatura, o método de resfriamento lento deve ser adotado.
Como a temperatura da água de saída é difícil de dominar, ela deve ser operada por experiência própria. Quando a peça de trabalho na água parar de tremer, a água de saída pode ser resfriada com ar (se possível, é melhor resfriar com óleo).
Além disso, a peça de trabalho deve se mover em vez de ficar estática ao entrar na água. Ela deve se mover regularmente de acordo com a forma geométrica da peça de trabalho.
A estática meio de resfriamento mais a peça de trabalho estática levará a uma dureza e a uma tensão irregulares, resultando em grande deformação e até mesmo em rachaduras na peça de trabalho.
A dureza do temperado e revenido As peças de aço #45 devem atingir HRC56~59, e a possibilidade de seção grande é menor, mas não pode ser inferior a HRC48.
Caso contrário, isso significa que a peça de trabalho não foi totalmente temperada, e pode haver sorbita ou até mesmo estrutura de ferrita na estrutura, que ainda é retida na matriz após o revenimento, e o objetivo do resfriamento e do revenimento não pode ser alcançado.
A têmpera de alta temperatura do aço #45 após a têmpera, a temperatura de aquecimento é geralmente de 560~600 ℃, e o requisito de dureza é HRC22~34.
Como o objetivo da têmpera é obter propriedades mecânicas abrangentes, a faixa de dureza é relativamente ampla.
Entretanto, se o desenho tiver requisitos de dureza, a temperatura de revenimento deverá ser ajustada de acordo com os requisitos do desenho para garantir a dureza.
Por exemplo, algumas peças de eixo exigem 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 à fresagem e ao entalhe após a têmpera e o revenimento.
O tempo de preservação do calor da 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.
Em geral, o tempo de preservação do calor de têmpera da peça de trabalho é superior a uma hora.
Se o aço #45 for usado para cementação, ele será duro e quebradiço martensita aparecerá no núcleo após a têmpera, e as vantagens do tratamento de cementação serão perdidas.
Atualmente, o teor de carbono de materiais carburizados não é alta, e a resistência do núcleo pode chegar a muito alta em 0,30%, o que é raro na aplicação.
0,35% nunca vi exemplos, apenas introduzidos em livros didáticos.
O processo de têmpera e revenimento + têmpera superficial de alta frequência pode ser adotado, e a resistência ao desgaste é ligeiramente pior do que a da cementação.
O 40Cr pertence ao GB3077 "Aço estrutural de liga".
O teor de carbono do aço 40Cr é de 0,37% ～ 0,44%, um pouco menor do que o 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 aqueles que podem usar o aço #45 por motivos econômicos.
Tratamento de têmpera e revenimento do aço 40Cr: A principal função 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 revenimento) também são significativamente maiores do que as do aço #45.
No entanto, devido à forte temperabilidade, o estresse interno de 40Cr durante a têmpera também é maior do que a do aço #45.
Sob as mesmas condições, a inclinação da trinca do material 40Cr também é maior do 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 resfriamento durante o resfriamento de 40Cr (às vezes, também é usado o método de resfriamento de líquido duplo, comumente conhecido como resfriamento com água e resfriamento a óleo), enquanto a água com alta condutividade térmica é usada como meio de resfriamento para o aço 45Cr.
Obviamente, a escolha da água e do óleo não é absoluta e também está intimamente relacionada ao formato da peça de trabalho.
A têmpera em água também pode ser usada para peças de 40Cr com formas simples, enquanto têmpera a óleo ou mesmo banho de sal pode ser usado para peças de aço #45 com formas complexas.
Para a têmpera e o revenimento da peça de trabalho de 40Cr, vários parâmetros são especificados no cartão de processo.
Nossa experiência na 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 rachadura das peças de trabalho é pequena.
No entanto, no caso de fornecimento de óleo restrito, as pequenas empresas podem resfriar a peça de trabalho com formato simples em água sem rachaduras, mas o operador deve controlar rigorosamente a temperatura da entrada e da saída de água com base na experiência.
(2) A dureza da peça de trabalho de 40Cr ainda é alta após o revenimento, e a segunda temperatura de revenimento aumentará de 20 a 50 ℃, caso contrário, será difícil reduzir a dureza.
(3) Após o revenimento em alta temperatura, as peças de 40Cr com formas complexas são resfriados em óleo e simplesmente resfriados em água para evitar o impacto do segundo tipo de fragilidade de têmpera.
As peças de trabalho após a têmpera e o resfriamento rápido devem ser submetidas a um tratamento de alívio de tensão, se necessário.
A dureza máxima do aço de médio carbono após o tratamento térmico é de aproximadamente HRC55 (HB538), σb é de 600~1100MPa.
Portanto, o aço de médio carbono é o mais amplamente utilizado em várias aplicações com nível de resistência médio.
Além de ser usado como material de construção, ele também é amplamente utilizado na fabricação de várias peças mecânicas.
Desde que o aço de médio carbono tenha temperatura e tempo de retenção suficientes, geralmente é possível atingir esse valor de dureza, e é impossível se ele não se deformar.
A primeira é ter permissão para usinagem e, em seguida, usar uma retificadora para usinagem, e a segunda é a têmpera superficial.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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