Tratamento térmico e têmpera das ligas CNC
Têmperas das ligas CNC: dureza por têmpera e revenimento do aço, de 6061-O a T651, 7075-T73 e 17-4PH de H900 a H1150, com os limites NACE.
Aço carbono e liga: processos de tratamento térmico e dureza típica
| Processo | O que faz | Dureza típica | Aplicação típica | Norma aplicável |
|---|---|---|---|---|
| Annealing | Aquecer acima ou próximo da temperatura crítica e depois resfriar muito lentamente no forno para amolecer e aliviar tensões | 160–217 HB (grade-dependent) | Matéria-prima para usinagem, conformação a frio, alívio de tensões antes de novo endurecimento | GB/T 16923; ASTM A29; SAE J412 |
| Normalizing | Aquecer 30–50 °C acima de Ac3/Acm e depois resfriar ao ar parado para refinar o grão e homogeneizar a estrutura | 187–300 HB (grade-dependent) | Forjados grandes, peças estruturais onde a têmpera arrisca distorção | GB/T 16923; ASTM A29 |
| Quenching + tempering | Austenitizar, temperar até martensita em água ou óleo e depois reaquidecer abaixo de Ac1 para aliviar tensões e ajustar a dureza | 24–57 HRC (depends on tempering temperature) | Peças mecânicas acabadas: eixos, engrenagens, fixadores | GB/T 16924; ASTM A29 |
| Quench and high temper (Q&T) | Têmpera seguida de revenimento em alta temperatura a 500–650 °C, produzindo sorbita revenida com o melhor equilíbrio resistência-tenacidade | 28–34 HRC (common supply band) | Bielas, parafusos, engrenagens, eixos sob carga alternada | GB/T 16924; GB/T 7232 |
Que dureza devo esperar do aço 1045 recozido em comparação com o normalizado?
O 1045 recozido fica em cerca de 160–200 HB (163 HB típico em laminação a quente), enquanto o 1045 normalizado atinge cerca de 187 HB com 640 MPa de tração; a normalização troca usinabilidade por uma estrutura mais resistente e uniforme.
| Condição | Tração (MPa) | Limite de escoamento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza | Fonte |
|---|---|---|---|---|---|
| Hot-rolled / annealed | 565 (typical hot-rolled) | 310 | 16 | 163 HB; annealed band 160–200 HB | S21 / S22 / S5 |
| Normalized | 640 | 410 | 22 | 187 HB | S6 / S5 |
| Quenched and tempered | — | — | — | 220–290 HB | S5 |
| As-quenched (water, surface) | — | — | — | 55–60 HRC | S5 |
| Flame / induction hardened (surface) | — | — | — | 55–58 HRC, case depth 1.5–5 mm | S5 |
Com que dureza o 4140 é fornecido na condição pré-temperada?
O 4140 pré-temperado chega a 28–34 HRC; o tratamento térmico padrão revenido a 540 °C fica em 28–32 HRC e 1,000–1,100 MPa de tração. O cromo e o molibdênio dão ao 4140 temperabilidade muito superior à do 1045, de modo que ele conserva a dureza revenida em seções maiores; verifique as barras grossas no relatório de teste do laminador, pois a dureza cai com o tamanho da seção.
| Condição / temperatura de revenimento | Tração (MPa) | Limite de escoamento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza | Fonte |
|---|---|---|---|---|---|
| Annealed | ~655 | ~415 | 25 | 197–217 HB | S4 |
| Normalized | ~1,020 | ~650 | 17 | 250–300 HB | S4 |
| As-quenched (oil) | — | — | — | 55–60 HRC | S4 |
| Q&T at 205 °C | ~2,000 | ~1,600 | 8 | 52–57 HRC | S4 |
| Q&T at 315 °C | ~1,700 | ~1,450 | 10 | 45–50 HRC | S4 |
| Q&T at 425 °C | ~1,400 | ~1,250 | 12 | 38–42 HRC | S4 |
| Q&T at 540 °C (standard HT) | 1,000–1,100 | 850–950 | 18 | 28–32 HRC | S4 |
| Q&T at 650 °C (high ductility) | ~850 | ~700 | 22 | 24–28 HRC | S4 |
| Pre-hardened as-supplied | — | — | — | 28–34 HRC | S4 |
Qual a dureza do aço logo após a têmpera, antes do revenimento?
Tanto o 1045 (têmpera em água) quanto o 4140 (têmpera em óleo) atingem cerca de 55–60 HRC logo após a têmpera; mas essa martensita sem revenir é frágil demais para serviço, de modo que toda peça temperada é revenida de volta à dureza de trabalho antes do uso.
| Aço | Meio de têmpera | Após a têmpera (HRC) | Dureza de serviço após revenimento | Nota |
|---|---|---|---|---|
| 1045 | Water | 55–60 | 220–290 HB (Q&T) | Aço carbono de têmpera superficial; o núcleo amacia em seções grandes |
| 4140 | Oil | 55–60 | 28–32 HRC (tempered at 540 °C) | Liga Cr-Mo de têmpera profunda; escolha-o para seções maiores |
O que significam têmpera e revenimento e por que são especificados?
Têmpera e revenimento significa temperar até martensita e depois reaquidecer abaixo da temperatura crítica; têmpera mais revenimento alto (500–650 °C) produz sorbita revenida, tipicamente 28–32 HRC, o melhor equilíbrio resistência-tenacidade para eixos e engrenagens. O revenimento sempre troca dureza por tenacidade: o mesmo 4140 que sai da têmpera a 55–60 HRC varia de 52–57 HRC até 24–28 HRC à medida que a temperatura de revenimento sobe de 205 °C a 650 °C.
| Aço | Faixa de fornecimento Q&T | Apenas após a têmpera | Por que revenir |
|---|---|---|---|
| 1045 | 220–290 HB | 55–60 HRC (water) | A martensita sem revenir trinca em serviço; o revenimento devolve tenacidade a um custo controlado de dureza |
| 4140 | 28–34 HRC pre-hard | 55–60 HRC (oil) | O revenimento alto a 500–650 °C forma sorbita revenida; a condição em que eixos e engrenagens são especificados |
Quanto mais resistente é o 6061-T6 em comparação ao 6061-O?
O 6061-T6 atinge 310 MPa (45 ksi) de tração contra 125 MPa (18 ksi) do 6061-O; cerca de 2.5×; com escoamento de 276 contra 55 MPa e dureza de 95 contra 30 HB. O tratamento térmico, não a liga, produz toda a diferença. Os mínimos padrão ficam ao lado dos típicos: a chapa e a placa de 6061-T6 devem atingir 290 MPa (42 ksi) de tração e 240 MPa (35 ksi) de escoamento, enquanto 310/276 MPa são valores típicos.
| Liga e têmpera | Tração, MPa (ksi) | Escoamento, MPa (ksi) | Alongamento (%) | Dureza (HB) | Fonte |
|---|---|---|---|---|---|
| 6061-O | 125 (18) | 55 (8) | 25–27 | 30 | S7 / S8 |
| 6061-T4 / T451 | 240 (35) | 145 (21) | 22 | 65 | S7 / S8 |
| 6061-T6 / T651 | 310 (45) | 276 (40) | 12–15 | 95 | S7 / S8 |
O 6061-T651 é mais resistente que o 6061-T6?
Não: ambos têm 310 MPa (45 ksi) de tração e 276 MPa de escoamento. O T651 acrescenta um estiramento permanente de 1–3% após a têmpera para aliviar a tensão de resfriamento, de modo que mantém dimensões mais estáveis durante a usinagem; é por isso que o trabalho em placa e painel parte de material T651.
| Têmpera | Processo | Diferença mecânica | Norma aplicável | Fonte |
|---|---|---|---|---|
| O | Totalmente recozido; aquecido e resfriado lentamente até a condição mais mole | Menor resistência, maior conformabilidade | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S19 / S7 |
| T4 | Tratamento de solução e depois envelhecido naturalmente à temperatura ambiente | Resistência moderada, ainda conformável | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S15 / S7 |
| T6 | Tratamento de solução e depois envelhecido artificialmente até a resistência de pico | Maior resistência da liga | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S15 / S7 |
| T651 | T6 mais estiramento de 1–3% para alívio de tensões antes do envelhecimento | Resistência igual à do T6; melhor estabilidade dimensional na usinagem | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S7 / S24 |
| T73 | Tratamento de solução e depois superenvelhecido em um tratamento de envelhecimento em duas etapas | Menor resistência que o T6; resistência à corrosão sob tensão muito maior; série 7xxx principalmente | AMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880 | S9 / S2 |
O que é a têmpera T73 e quando devo escolhê-la?
A T73 é uma têmpera superenvelhecida em duas etapas, escolhida pela resistência à corrosão sob tensão em peças aeroespaciais. A resistência do 7075-T73 aparece em duas bases publicadas, mantidas como linhas separadas: o valor típico do ASM Handbook de 505 MPa e a especificação de placa ASTM B209 de 460–475 MPa; as duas nunca são divididas. O 6061 não é fornecido em T73, por isso o 7075 é quem traz os números.
| Base aplicável | Tração (MPa) | Escoamento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza | Fonte |
|---|---|---|---|---|---|
| 7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference) | 505 | 435 | 13 | — | S1 / S2 |
| 7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec) | 460–475 | 385–390 | 5–8 | 126–140 HB | S9 |
| 7075-T6 — typical, for comparison | 572 (83 ksi) | 503 (73 ksi) | — | — | S7 |
Qual é a condição de envelhecimento padrão mais resistente do 17-4PH?
A H900, envelhecida a 482 °C (900 °F) por 1 hora, dá mínimo de 1,310 MPa (190 ksi) de tração, 1,170 MPa (170 ksi) de escoamento e pelo menos 40 HRC; o extremo de maior resistência e menor tenacidade das três condições padrão. Todos os valores são mínimos de especificação de barra conforme ASTM A564 / AMS 5643.
| Condição | Temperatura / tempo de envelhecimento | Tração mín., MPa (ksi) | Escoamento mín., MPa (ksi) | Alongamento mín. (%) | Dureza | Charpy V (ft-lb) | Fonte |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H900 | 482 °C (900 °F) / 1 h | 1,310 (190) | 1,170 (170) | 10 | ≥40 HRC (typical 44) | 10–15 (low) | S3 / S23 |
| H1025 | 552 °C (1,025 °F) / 4 h | 1,070 (155) | 1,000 (145) | 12 | ≥35 HRC (typical 38) | 35–45 (moderate) | S3 / S23 |
| H1150 | 621 °C (1,150 °F) / 4 h | 930 (135) | 725 (105) | 16 | 28–33 HRC (typical 33) | 60–80 (high) | S3 / S23 |
Qual condição do 17-4PH oferece a maior tenacidade?
A H1150, envelhecida a 621 °C, mantém mínimo de 930 MPa (135 ksi) de tração com 16% de alongamento e 28–33 HRC; a maior tenacidade Charpy das três. De H900 a H1150, a tração cai cerca de 30% e o escoamento cerca de 38%, enquanto o alongamento sobe de 10% a 16%; a temperatura de envelhecimento mais alta deixa os precipitados ricos em cobre mais grossos e troca resistência por tenacidade. Os valores Charpy são faixas longitudinais representativas e variam com a forma do produto e a orientação.
| Condição | Charpy V (ft-lb) | Alongamento (%) | Dureza | Melhor para |
|---|---|---|---|---|
| H900 | 10–15 (low) | 10 | ≥40 HRC | Peças de máxima resistência sem exposição a impacto ou criogênica |
| H1025 | 35–45 (moderate) | 12 | ≥35 HRC | A condição de equilíbrio de uso geral |
| H1150 | 60–80 (high) | 16 | 28–33 HRC | Peças sujeitas a impacto e criogenia; também a opção conforme NACE |
O 17-4PH pode ser usado em serviço de gás azedo NACE?
Apenas a H1150, ou a H1025 com verificação por lote de que a dureza real se mantém em 33 HRC ou abaixo, atende a NACE MR0175 / ISO 15156-3; a H900, com mínimo de 40 HRC, não atende. A regra é guiada pela dureza: o serviço azedo limita a dureza a 33 HRC.
| Condição | Dureza de especificação | Status NACE MR0175 | Nota |
|---|---|---|---|
| H900 | ≥40 HRC (typical 44) | Not qualified | Excede por larga margem o limite de 33 HRC do serviço azedo |
| H1025 | ≥35 HRC (typical 38) | Conditional | Apenas com verificação por lote de que a dureza real se mantém em 33 HRC ou abaixo |
| H1150 | 28–33 HRC (typical 33) | Compliant | A escolha padrão para serviço azedo |
Como Usar Estes Números
- Os valores marcados como mín. são mínimos de especificação da norma aplicável (ASTM / AMS); os valores não marcados são típicos e variam com a forma do produto, o tamanho da seção e a prática do forno; projete conforme a norma aplicável e o relatório de teste do laminador.
- A dureza do aço cai com o tamanho da seção (efeito de massa): os 28–34 HRC do 4140 pré-temperado valem para o tamanho de barra fornecido; verifique as seções grossas no relatório de teste do laminador, em vez de assumir o valor do catálogo.
- Parâmetros de tratamento térmico representativos: tratamento de solução do 6061 a 530 °C com têmpera em água; envelhecimento artificial T6 a 160 °C por cerca de 18 h ou 177 °C por cerca de 8 h; recozimento para O a 413 °C; envelhecimento em duas etapas do 7075-T73 a 110 °C por 8 h mais 175 °C por 8 h, após tratamento de solução a 475 °C por 90 min e 3 dias de envelhecimento natural.
- As condições do 17-4PH são um mesmo pai tratado por solução (condição A após resfriar de cerca de 1040 °C) envelhecido em temperaturas diferentes; o número H é a temperatura de envelhecimento em °F. A barra usa ASTM A564/A564M, a placa e a chapa ASTM A693, as peças aeroespaciais AMS 5643/5604; o equivalente chinês 05Cr17Ni4Cu4Nb está no GB/T 1220.
- A martensita temperada mas sem revenir (55–60 HRC em ambos os aços-âncora) é um risco de usinagem e retificação, não uma condição de fornecimento; peça o aço no estado recozido, normalizado ou temperado e revenido, e deixe que o tratador térmico faça o resto.
Perguntas Frequentes
O 1045 recozido está em cerca de 160–200 HB (163 HB típico), enquanto o 1045 normalizado atinge cerca de 187 HB com 640 MPa de tração.
O 4140 pré-temperado é tipicamente 28–34 HRC; o tratamento térmico padrão revenido a 540 °C fica em 28–32 HRC e 1,000–1,100 MPa de tração.
Tanto o 1045 (têmpera em água) quanto o 4140 (têmpera em óleo) atingem cerca de 55–60 HRC logo após a têmpera, mas a martensita sem revenir é frágil demais para serviço.
Têmpera mais revenimento em alta temperatura a 500–650 °C para formar sorbita revenida, tipicamente 28–32 HRC; o melhor equilíbrio resistência-tenacidade para eixos e engrenagens.
O 6061-T6 atinge 310 MPa (45 ksi) de tração contra 125 MPa (18 ksi) do 6061-O; cerca de 2.5× a resistência.
Não: ambos têm 310 MPa (45 ksi) de tração e 276 MPa de escoamento; a T651 acrescenta estiramento de 1–3% para alívio de tensões, de modo que mantém dimensões mais estáveis na usinagem.
Uma têmpera superenvelhecida em duas etapas: o 7075-T73 dá 505 MPa de tração conforme o ASM Handbook (460–475 MPa para placa conforme ASTM B209), escolhido pela resistência à corrosão sob tensão.
A H900, envelhecida a 482 °C por 1 hora: mínimo de 1,310 MPa (190 ksi) de tração e pelo menos 40 HRC, com a menor tenacidade das três.
A H1150, envelhecida a 621 °C: 930 MPa (135 ksi) de tração com 16% de alongamento e 28–33 HRC, a maior tenacidade Charpy das três.
Apenas a H1150, ou a H1025 verificada por lote com máximo de 33 HRC, atende a NACE MR0175; a H900, com mínimo de 40 HRC, não atende.
Normas e Fontes
- S1 — ASM Metals Handbook, Vol. 2 (Properties and Selection: Nonferrous Alloys), 10.ª edição: valores típicos do 7075-T73
- S2 — Estudo revisado por pares de forjas AA7075 (PMC): sequência de envelhecimento T73 e valores de referência ASM
- S3 — JN Alloys, tratamento térmico do 17-4PH: dados das condições H900 / H1025 / H1150 (verificados contra os mínimos ASTM A564)
- S4 — Nifty Alloys, tratamento térmico do aço 4140: gráfico de revenimento por temperatura
- S5 — Dados de grau steelstandart para 1045: dureza recozida, Q&T e após a têmpera
- S6 — Certificado de usina publicado, barra de aço carbono de média resistência 1045, propriedades normalizadas
- S7 — Tech Steel, propriedades do 6061 (UNS A96061): típicos por têmpera e comparação com o 7075-T6
- S8 — Weltstahl, ficha de dados do alumínio 6061: típicos de propriedades mecânicas
- S9 — Dados de chapa e placa 7075-T73 / T7351: propriedades mecânicas por espessura (base ASTM B209)
- S14 — ISO 2107, designações de têmpera do alumínio (GB/T 16475 é o equivalente chinês); S15 — classificações de alumínio AZoM; S19 — GB/T 16475; S24 — guia de têmpera do alumínio (prática de estiramento T651)
- S21 / S22 — dados da condição recozida do 1045 (The World Material; dados de usina SAE 1045); S23 — ficha rápida da liga 17-4PH: faixas de dureza e Charpy
- As normas aplicáveis trazem os mínimos resistentes: ASTM A564/A564M, ASTM A693, ASTM B209/B221, AMS 4078/5643/5604, ISO 2107, SAE J412, GB/T 16923, GB/T 16924, GB/T 7232, GB/T 1220, NACE MR0175 / ISO 15156-3
- A MatWeb foi excluída (robots.txt bloqueia o acesso automatizado); as fichas de distribuidores trazem apenas colunas de valores típicos, enquanto os mínimos de especificação citam os originais ASTM / AMS / GB
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