Efeito do Processo de Tratamento Térmico na Microestrutura e Dureza de Forjados de Engrenagens de Aço 20CrMoH
O aço 20CrMoH é um aço estrutural de liga de alta qualidade. Devido à sua composição de elementos de liga como cromo (Cr) e molibdênio (Mo), ele exibe excelente temperabilidade, equilíbrio resistência-tenacidade e usinabilidade. É um material comumente usado para forjados de engrenagens de alta carga em automóveis, máquinas de construção e outros campos. Suas propriedades finais, especialmente microestrutura e dureza, dependem em grande parte dos processos de tratamento térmico. Diferentes processos levam a diferenças significativas, alterando as transformações de fase, a distribuição de carbono e os estados dos grãos no aço. A seguir, uma análise detalhada de três aspectos:processos preliminares de tratamento térmico, processos finais de tratamento térmico, e influência dos principais parâmetros do processo.
Após a forja, os forjados de engrenagens formam uma microestrutura heterogênea (como grãos superaquecidos, estrutura de Widmanstätten, perlita bandada, etc.) e retêm tensões de forja. O tratamento térmico preliminar (normalização ou recozimento) é necessário para eliminar defeitos e estabelecer a base para o processamento subsequente e o tratamento térmico final.
- Características do Processo: O forjado é aquecido a 30-50°C acima de Ac₃ (temperatura crítica de austenitização, aproximadamente 880-920°C), mantido por tempo suficiente para austenitizar totalmente a microestrutura e, em seguida, resfriado ao ar à temperatura ambiente.
- Influência na Microestrutura:
O resfriamento rápido (resfriamento ao ar) na normalização pode inibir a precipitação reticular de ferrita ao longo dos limites dos grãos, refinar os grãos e transformar a microestrutura em perlita fina uniforme + uma pequena quantidade de ferrita (as lamelas de perlita são mais finas), eliminando a estrutura de Widmanstätten e grãos grosseiros após a forja.
- Influência na Dureza:
A estrutura mista de perlita fina e ferrita tem dureza moderada, geralmente 180-220HBW, que não apenas atende aos requisitos de processamento de corte subsequente (a usinabilidade é boa quando a dureza está abaixo de 250HBW), mas também fornece uma microestrutura original uniforme para tratamento térmico final, como cementação.
- Características do Processo: Recozimento completo (aquecimento a 20-30°C acima de Ac₃, seguido por resfriamento lento com o forno após a manutenção) ou recozimento isotérmico (manutenção na faixa de temperatura de transformação da perlita após o aquecimento) é comumente usado.
- Influência na Microestrutura:
O resfriamento lento permite a difusão suficiente de carbono, resultando em perlita + ferrita mais uniformes (as lamelas de perlita são mais espessas e mais 弥散分布), eliminando completamente as tensões de forja e a segregação da composição. No caso do recozimento de esferoidização (para regiões de alto carbono), os carbonetos podem ser esferoidizados para melhorar ainda mais a usinabilidade.
- Influência na Dureza:
A microestrutura após o recozimento é mais macia, com uma dureza geralmente de 160-190HBW, que é menor do que a após a normalização. É adequado para forjados com formatos complexos e alta dificuldade de corte, mas o ciclo de produção é mais longo.
As engrenagens precisam atender aos requisitos de "alta dureza superficial para resistência ao desgaste e alta tenacidade do núcleo para resistência ao impacto". Portanto, o tratamento térmico final é principalmente cementação-têmpera + revenimento em baixa temperatura; algumas engrenagens de baixa carga podem adotar têmpera e revenimento.
Este é o processo principal para engrenagens de aço 20CrMoH, alcançando a correspondência de desempenho através de "cementação para enriquecer o teor de carbono da superfície → têmpera para obter martensita → revenimento em baixa temperatura para eliminar tensões".
Algumas engrenagens de baixa carga (como engrenagens auxiliares com pequena transmissão de torque) podem adotar têmpera e revenimento como o tratamento térmico final para buscar um equilíbrio entre resistência e tenacidade.
- Características do Processo: Têmpera a 860-880°C (resfriamento a água ou resfriamento a óleo) seguido por revenimento em alta temperatura a 600-650°C.
- Influência na Microestrutura: Formando sorbita revenida (carbonetos finos distribuídos uniformemente na matriz de ferrita), com grãos refinados e uniformes.
- Influência na Dureza: Dureza moderada (220-280HBW), equilibrando resistência (σb ≥ 800MPa) e tenacidade (energia de impacto ≥ 60J), mas a superfície não tem camada de alta dureza e pouca resistência ao desgaste.
Os parâmetros do processo de tratamento térmico (temperatura, tempo de manutenção, taxa de resfriamento) determinam diretamente a estabilidade da microestrutura e da dureza. As influências comuns são as seguintes:
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