Definição e propósito do resfriamento rápido
O aço é aquecido a uma temperatura acima do ponto crítico Ac3 (aço hipoeutetóide) ou Ac1 (aço hipereutetóide), mantido nessa temperatura por um período de tempo para que se austenitize total ou parcialmente e, em seguida, resfriado a uma velocidade superior à velocidade crítica de têmpera. O processo de tratamento térmico que transforma a austenita super-resfriada em martensita ou bainita inferior é chamado de têmpera.
O objetivo da têmpera é transformar a austenita super-resfriada em martensita ou bainita, obtendo-se uma estrutura martensítica ou bainítica inferior, que é então combinada com revenimento em diferentes temperaturas para melhorar significativamente a resistência, dureza e resistência do aço. Além disso, confere ao aço propriedades como resistência ao desgaste, resistência à fadiga e tenacidade, atendendo assim aos diferentes requisitos de uso de diversas peças e ferramentas mecânicas. A têmpera também pode ser utilizada para conferir propriedades físico-químicas específicas a certos aços especiais, como ferromagnetismo e resistência à corrosão.
Quando peças de aço são resfriadas em um meio de têmpera com mudanças no estado físico, o processo de resfriamento é geralmente dividido nas seguintes três etapas: etapa de película de vapor, etapa de ebulição e etapa de convecção.
Temperabilidade do aço
A temperabilidade e a revenibilidade são dois indicadores de desempenho que caracterizam a capacidade do aço de sofrer têmpera. São também uma base importante para a seleção e utilização de materiais.
1. Os conceitos de temperabilidade e temperabilidade
A temperabilidade é a capacidade do aço de atingir a dureza máxima possível quando temperado e revenido em condições ideais. O principal fator que determina a temperabilidade do aço é o seu teor de carbono. Mais precisamente, trata-se do teor de carbono dissolvido na austenita durante a têmpera e o aquecimento. Quanto maior o teor de carbono, maior a temperabilidade do aço. Os elementos de liga presentes no aço têm pouco impacto na temperabilidade, mas um impacto significativo na dureza do aço.
A temperabilidade refere-se às características que determinam a profundidade de endurecimento e a distribuição de dureza do aço sob condições específicas. Ou seja, a capacidade de se obter uma determinada profundidade da camada endurecida quando o aço é temperado. É uma propriedade inerente do aço. A temperabilidade reflete, na verdade, a facilidade com que a austenita se transforma em martensita quando o aço é temperado. Está principalmente relacionada à estabilidade da austenita super-resfriada do aço ou à taxa crítica de resfriamento durante a têmpera.
Deve-se ressaltar também que a temperabilidade do aço deve ser diferenciada da profundidade efetiva de têmpera das peças de aço sob condições específicas de têmpera. A temperabilidade do aço é uma propriedade inerente ao próprio aço. Ela depende apenas de fatores internos e não tem relação com fatores externos. A profundidade efetiva de têmpera do aço, por sua vez, depende não só da temperabilidade do aço, mas também do material utilizado. Está relacionada a fatores externos como o meio de refrigeração e as dimensões da peça. Por exemplo, sob as mesmas condições de austenitização, a temperabilidade do mesmo aço é a mesma, mas a profundidade efetiva de têmpera na têmpera em água é maior do que na têmpera em óleo, e em peças pequenas é menor do que na têmpera em óleo. A profundidade efetiva de têmpera em peças grandes é maior. Isso não significa que a têmpera em água tenha maior temperabilidade do que a têmpera em óleo, nem que peças pequenas tenham maior temperabilidade do que peças grandes. Portanto, para avaliar a temperabilidade do aço, a influência de fatores externos como formato, dimensões e meio de refrigeração da peça deve ser eliminada.
Além disso, como temperabilidade e temperabilidade são dois conceitos diferentes, o aço com alta dureza após a têmpera não necessariamente possui alta temperabilidade; e o aço com baixa dureza também pode ter alta temperabilidade.
2. Fatores que afetam a temperabilidade
A temperabilidade do aço depende da estabilidade da austenita. Qualquer fator que possa melhorar a estabilidade da austenita super-resfriada, deslocando a curva C para a direita e, consequentemente, reduzindo a taxa crítica de resfriamento, pode melhorar a temperabilidade do aço de alta resistência. A estabilidade da austenita depende principalmente de sua composição química, tamanho de grão e uniformidade da composição, que estão relacionados à composição química do aço e às condições de aquecimento.
3. Método de medição da temperabilidade
Existem muitos métodos para medir a temperabilidade do aço, sendo os mais comuns o método de medição do diâmetro crítico e o método de teste de temperabilidade final.
(1) Método de medição do diâmetro crítico
Após o aço ser temperado em um determinado meio, o diâmetro máximo no qual o núcleo adquire uma estrutura totalmente martensítica ou com 50% de martensita é chamado de diâmetro crítico, representado por Dc. O método de medição do diâmetro crítico consiste em produzir uma série de barras cilíndricas com diferentes diâmetros e, após a têmpera, medir a curva de dureza U ao longo do diâmetro em cada seção da amostra, identificando a barra com a estrutura semi-martensítica no centro. O diâmetro dessa barra cilíndrica é o diâmetro crítico. Quanto maior o diâmetro crítico, maior a temperabilidade do aço.
(2) Método de teste de têmpera final
O método de têmpera axial utiliza um corpo de prova temperado de tamanho padrão (Ф25mm×100mm). Após a austenitização, uma das extremidades do corpo de prova é resfriada por aspersão de água em um equipamento específico. Após o resfriamento, a dureza é medida ao longo do eixo – a partir da extremidade resfriada com água. Método de ensaio para curva de relação de distância. O método de têmpera axial é um dos métodos para determinar a temperabilidade do aço. Suas vantagens são a simplicidade de operação e a ampla gama de aplicações.
4. Tensão de têmpera, deformação e fissuração
(1) Tensão interna da peça durante o resfriamento rápido
Quando a peça é resfriada rapidamente no meio de têmpera, devido ao seu tamanho e coeficiente de condutividade térmica, um certo gradiente de temperatura se forma ao longo da seção interna da peça durante o processo de resfriamento. A temperatura da superfície é baixa, a do núcleo é alta, e assim por diante, resultando em uma grande diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo. Durante o resfriamento da peça, dois fenômenos físicos ocorrem: a expansão térmica, que causa a contração da peça com a queda da temperatura; e a transformação da austenita em martensita, que ocorre quando a temperatura cai até o ponto de transformação martensítica, aumentando o volume específico. Devido à diferença de temperatura durante o resfriamento, a expansão térmica varia ao longo da seção transversal da peça, gerando tensões internas em diferentes pontos. Consequentemente, devido à existência de diferenças de temperatura dentro da peça, podem ocorrer pontos onde a temperatura cai mais rapidamente do que o ponto de transformação martensítica. Durante a transformação, o volume se expande, e as partes com alta temperatura permanecem acima do ponto de inflexão, mantendo-se no estado austenítico. Essas diferentes partes também geram tensões internas devido às diferenças nas variações específicas de volume. Portanto, dois tipos de tensão interna podem ser gerados durante o processo de têmpera e resfriamento: a tensão térmica e a tensão tecidual.
De acordo com as características temporais da tensão interna, ela também pode ser dividida em tensão instantânea e tensão residual. A tensão interna gerada pela peça em um determinado momento durante o processo de resfriamento é chamada de tensão instantânea; após o resfriamento da peça, a tensão remanescente em seu interior é chamada de tensão residual.
A tensão térmica refere-se à tensão causada pela expansão térmica inconsistente (ou contração a frio) devido às diferenças de temperatura em diferentes partes da peça quando esta é aquecida (ou resfriada).
Tomemos agora um cilindro sólido como exemplo para ilustrar as regras de formação e alteração da tensão interna durante o seu processo de resfriamento. Aqui, discutiremos apenas a tensão axial. No início do resfriamento, como a superfície esfria rapidamente, a temperatura é baixa e ocorre uma grande contração, enquanto o núcleo esfria, a temperatura é alta e a contração é pequena. Como resultado, a superfície e o interior sofrem restrições mútuas, resultando em tensão de tração na superfície, enquanto o núcleo fica sob tensão de compressão. À medida que o resfriamento prossegue, a diferença de temperatura entre o interior e o exterior aumenta e a tensão interna também aumenta correspondentemente. Quando a tensão aumenta a ponto de exceder o limite de escoamento nessa temperatura, ocorre deformação plástica. Como a espessura do núcleo é maior que a da superfície, o núcleo sempre se contrai axialmente primeiro. Como resultado da deformação plástica, a tensão interna deixa de aumentar. Após um certo período de resfriamento, a diminuição da temperatura da superfície diminui gradualmente e sua contração também diminui gradualmente. Nesse momento, o núcleo ainda está encolhendo, portanto a tensão de tração na superfície e a tensão de compressão no núcleo diminuirão gradualmente até desaparecerem. No entanto, à medida que o resfriamento continua, a umidade da superfície diminui cada vez mais, e a quantidade de encolhimento se torna cada vez menor, ou até mesmo cessa. Como a temperatura no núcleo ainda está alta, ele continuará a encolher e, finalmente, uma tensão de compressão se formará na superfície da peça, enquanto o núcleo apresentará tensão de tração. Contudo, como a temperatura está baixa, a deformação plástica não ocorre facilmente, então essa tensão aumentará à medida que o resfriamento prossegue. Ela continua a aumentar e, por fim, permanece no interior da peça como tensão residual.
Pode-se observar que a tensão térmica durante o processo de resfriamento inicialmente causa o estiramento da camada superficial e a compressão do núcleo, e a tensão residual restante resulta na compressão da camada superficial e no estiramento do núcleo.
Em resumo, a tensão térmica gerada durante o resfriamento por têmpera é causada pela diferença de temperatura entre as seções transversais durante o processo de resfriamento. Quanto maior a taxa de resfriamento e maior a diferença de temperatura entre as seções transversais, maior será a tensão térmica gerada. Sob as mesmas condições do meio de resfriamento, quanto maior a temperatura de aquecimento da peça, maior o seu tamanho, menor a condutividade térmica do aço, maior a diferença de temperatura dentro da peça e maior a tensão térmica. Se a peça for resfriada de forma desigual em alta temperatura, ela sofrerá distorções e deformações. Se a tensão de tração instantânea gerada durante o processo de resfriamento da peça for maior que a resistência à tração do material, ocorrerão trincas de têmpera.
A tensão de transformação de fase refere-se à tensão causada pela diferença no tempo de transformação de fase em várias partes da peça durante o processo de tratamento térmico, também conhecida como tensão tecidual.
Durante o resfriamento rápido e a têmpera, quando a camada superficial é resfriada até o ponto Ms, ocorre a transformação martensítica, causando expansão volumétrica. No entanto, devido à obstrução do núcleo que ainda não sofreu transformação, a camada superficial gera tensão compressiva, enquanto o núcleo apresenta tensão trativa. Quando a tensão se torna suficientemente grande, ocorre deformação. Ao ser resfriado até o ponto Ms, o núcleo também sofre transformação martensítica e expande seu volume. Contudo, devido às restrições impostas pela camada superficial transformada, que possui baixa plasticidade e alta resistência, sua tensão residual final será na forma de tensão superficial, e o núcleo ficará sob pressão. Observa-se que a mudança e o estado final da tensão de transformação de fase são exatamente opostos à tensão térmica. Além disso, como a tensão de transformação de fase ocorre em baixas temperaturas e com baixa plasticidade, a deformação é difícil nesse momento, tornando-a mais propensa a causar trincas na peça.
Existem muitos fatores que afetam a magnitude da tensão de transformação de fase. Quanto mais rápida a taxa de resfriamento do aço na faixa de temperatura de transformação martensítica, maior o tamanho da peça de aço, pior a condutividade térmica do aço, maior o volume específico da martensita e, consequentemente, maior a tensão de transformação de fase. Além disso, a tensão de transformação de fase também está relacionada à composição e à temperabilidade do aço. Por exemplo, o aço de alto carbono e alta liga apresenta um aumento no volume específico da martensita devido ao seu alto teor de carbono, o que deveria aumentar a tensão de transformação de fase do aço. No entanto, à medida que o teor de carbono aumenta, o ponto Ms diminui e há uma grande quantidade de austenita retida após o resfriamento. Sua expansão volumétrica diminui e a tensão residual é baixa.
(2) Deformação da peça durante o resfriamento rápido
Durante o processo de têmpera, ocorrem dois tipos principais de deformação na peça: um é a alteração na forma geométrica da peça, que se manifesta como mudanças em tamanho e forma, frequentemente chamada de deformação por empenamento, causada pela tensão de têmpera; o outro é a deformação volumétrica, que se manifesta como uma expansão ou contração proporcional do volume da peça, causada pela mudança no volume específico durante a mudança de fase.
A deformação por empenamento também inclui a deformação de forma e a deformação por torção. A deformação por torção é causada principalmente pelo posicionamento inadequado da peça no forno durante o aquecimento, pela falta de tratamento de conformação após a correção da deformação antes do resfriamento brusco ou pelo resfriamento desigual de diferentes partes da peça durante o resfriamento. Essa deformação pode ser analisada e solucionada para situações específicas. A seguir, discutiremos principalmente a deformação volumétrica e a deformação de forma.
1) Causas da deformação por têmpera e suas regras de variação
Deformação volumétrica causada por transformação estrutural. O estado estrutural da peça antes da têmpera é geralmente perlítico, ou seja, uma estrutura mista de ferrita e cementita, e após a têmpera torna-se martensítico. Os diferentes volumes específicos desses tecidos causam alterações volumétricas antes e depois da têmpera, resultando em deformação. No entanto, essa deformação apenas causa a expansão e contração proporcional da peça, não alterando sua forma.
Além disso, quanto maior a quantidade de martensita na estrutura após o tratamento térmico, ou quanto maior o teor de carbono na martensita, maior será sua expansão volumétrica; e quanto maior a quantidade de austenita retida, menor será a expansão volumétrica. Portanto, a variação de volume pode ser controlada pela regulação do teor relativo de martensita e martensita residual durante o tratamento térmico. Se controlada adequadamente, a variação de volume não sofrerá expansão nem contração.
Deformação causada por tensão térmica: A deformação causada por tensão térmica ocorre em áreas de alta temperatura onde a resistência ao escoamento das peças de aço é baixa, a plasticidade é alta, a superfície esfria rapidamente e a diferença de temperatura entre o interior e o exterior da peça é máxima. Nesse momento, a tensão térmica instantânea é de tração superficial e de compressão no núcleo. Como a temperatura do núcleo é alta nesse instante, a resistência ao escoamento é muito menor que a da superfície, manifestando-se como deformação sob a ação de tensão de compressão multidirecional, ou seja, o cubo se torna esférico em diferentes direções. O resultado é que o cubo maior encolhe, enquanto o menor se expande. Por exemplo, um cilindro longo encurta no sentido longitudinal e expande no sentido transversal.
Deformação da forma causada pela tensão tecidual. A deformação causada pela tensão tecidual também ocorre no instante inicial, quando a tensão tecidual é máxima. Nesse momento, a diferença de temperatura na seção transversal é grande, a temperatura do núcleo é mais alta, o material ainda está no estado austenítico, a plasticidade é boa e a resistência ao escoamento é baixa. A tensão tecidual instantânea é uma tensão de compressão na superfície e uma tensão de tração no núcleo. Portanto, a deformação se manifesta como um alongamento do núcleo sob a ação da tensão de tração multidirecional. O resultado é que, sob a ação da tensão tecidual, o lado maior da peça se alonga, enquanto o lado menor se encurta. Por exemplo, a deformação causada pela tensão tecidual em um cilindro longo é um alongamento no comprimento e uma redução no diâmetro.
A Tabela 5.3 mostra as regras de deformação por têmpera de várias peças de aço típicas.
2) Fatores que afetam a deformação por têmpera
Os fatores que afetam a deformação por têmpera são principalmente a composição química do aço, a estrutura original, a geometria das peças e o processo de tratamento térmico.
3) Trincas de têmpera
As fissuras nas peças ocorrem principalmente no estágio final de têmpera e resfriamento, ou seja, após a transformação martensítica estar praticamente concluída ou após o resfriamento total. Nesses casos, a falha frágil ocorre porque a tensão de tração nas peças excede a resistência à fratura do aço. As fissuras geralmente são perpendiculares à direção da deformação máxima por tração, portanto, os diferentes formatos de fissuras nas peças dependem principalmente do estado de distribuição de tensões.
Tipos comuns de trincas de têmpera: Trincas longitudinais (axiais) são geradas principalmente quando a tensão de tração tangencial excede a resistência à ruptura do material; trincas transversais se formam quando a grande tensão de tração axial formada na superfície interna da peça excede a resistência à ruptura do material; trincas em rede se formam sob a ação da tensão de tração bidimensional na superfície; trincas de descascamento ocorrem em uma camada endurecida muito fina, podendo surgir quando a tensão muda bruscamente e uma tensão de tração excessiva atua na direção radial.
Trincas longitudinais também são chamadas de trincas axiais. Elas ocorrem na região de máxima tensão de tração próxima à superfície da peça e apresentam certa profundidade em direção ao centro. A direção das trincas geralmente é paralela ao eixo, mas pode mudar quando há concentração de tensão na peça ou quando existem defeitos estruturais internos.
Após o resfriamento completo da peça, há uma tendência ao surgimento de trincas longitudinais. Isso se deve à grande tensão de tração tangencial na superfície da peça temperada. À medida que o teor de carbono do aço aumenta, a tendência à formação de trincas longitudinais também aumenta. O aço de baixo carbono possui um pequeno volume específico de martensita e alta tensão térmica. Há uma grande tensão residual de compressão na superfície, o que dificulta o resfriamento. Com o aumento do teor de carbono, a tensão de compressão superficial diminui e a tensão estrutural aumenta. Ao mesmo tempo, a tensão de tração máxima se desloca em direção à camada superficial. Portanto, o aço de alto carbono é propenso a trincas longitudinais de têmpera quando superaquecido.
O tamanho das peças afeta diretamente a dimensão e a distribuição da tensão residual, e sua tendência à fissuração por têmpera também varia. Fissuras longitudinais são facilmente formadas durante a têmpera em áreas de seção transversal consideradas de risco. Além disso, a presença de impurezas na matéria-prima do aço frequentemente causa fissuras longitudinais. Como a maioria das peças de aço é fabricada por laminação, inclusões não metálicas, carbonetos, etc., presentes no aço, distribuem-se ao longo da direção da deformação, tornando o aço anisotrópico. Por exemplo, se o aço ferramenta apresentar uma estrutura em faixas, sua resistência à fratura transversal após a têmpera será de 30% a 50% menor que a resistência à fratura longitudinal. Se houver fatores como inclusões não metálicas no aço que causem concentração de tensão, mesmo que a tensão tangencial seja maior que a tensão axial, fissuras longitudinais se formarão facilmente sob condições de baixa tensão. Por essa razão, o controle rigoroso do nível de inclusões não metálicas e carbonetos no aço é um fator importante na prevenção de fissuras por têmpera.
As características de distribuição de tensão interna em trincas transversais e trincas em arco são as seguintes: a superfície fica sujeita a tensão compressiva. Após se afastar da superfície por uma certa distância, a tensão compressiva se transforma em uma grande tensão de tração. A trinca ocorre na área de tensão de tração e, então, a tensão interna se propaga para a superfície da peça somente se for redistribuída ou se a fragilidade do aço aumentar ainda mais.
Trincas transversais são comuns em peças de eixos de grandes dimensões, como rolos, rotores de turbinas ou outras peças com eixos. A característica principal dessas trincas é a perpendicularidade à direção do eixo, com propagação de dentro para fora. Elas geralmente se formam antes da têmpera e são causadas por tensões térmicas. Grandes peças forjadas frequentemente apresentam defeitos metalúrgicos, como poros, inclusões, trincas de forjamento e manchas brancas. Esses defeitos servem como ponto de partida para fraturas e rupturas sob a ação de tensões de tração axial. Trincas em arco são causadas por tensões térmicas e geralmente se distribuem em forma de arco nas áreas de transição dimensional da peça. Elas ocorrem principalmente no interior da peça ou próximo a arestas vivas, ranhuras e furos, e se distribuem em forma de arco. Quando peças de aço de alto carbono com diâmetro ou espessura de 80 a 100 mm ou mais não são temperadas, a superfície apresenta tensões de compressão e o centro, tensões de tração. A tensão de tração máxima ocorre na zona de transição entre a camada endurecida e a não endurecida, e é nessas áreas que as trincas em arco se desenvolvem. Além disso, a taxa de resfriamento em arestas e cantos vivos é rápida e todas as superfícies são temperadas. Na transição para partes mais suaves, ou seja, para a área não temperada, surge a zona de máxima tensão de tração, tornando as trincas em arco mais propensas a ocorrer. A taxa de resfriamento próxima a furos, ranhuras ou furos centrais da peça é lenta, a camada temperada correspondente é fina e a tensão de tração próxima à zona de transição temperada pode facilmente causar trincas em arco.
Trincas reticulares, também conhecidas como trincas superficiais, são trincas que se formam na superfície da peça. A profundidade da trinca é rasa, geralmente entre 0,01 e 1,5 mm. A principal característica desse tipo de trinca é que sua direção aleatória não está relacionada ao formato da peça. Muitas trincas se conectam entre si, formando uma rede e apresentando ampla distribuição. Quando a profundidade da trinca aumenta, por exemplo, acima de 1 mm, as características da rede desaparecem e as trincas passam a ter orientação aleatória ou distribuição longitudinal. Trincas reticulares estão relacionadas ao estado de tensão de tração bidimensional na superfície.
Peças de aço com alto teor de carbono ou cementadas, com uma camada descarbonetada na superfície, são propensas a formar trincas em rede durante a têmpera. Isso ocorre porque a camada superficial possui menor teor de carbono e menor volume específico do que a camada interna de martensita. Durante a têmpera, a camada superficial de carboneto é submetida a tensão de tração. Peças cuja camada desfosforizada não foi completamente removida durante o processamento mecânico também formarão trincas em rede durante a têmpera superficial por alta frequência ou chama. Para evitar tais trincas, a qualidade da superfície das peças deve ser rigorosamente controlada e a soldagem por oxidação deve ser evitada durante o tratamento térmico. Além disso, após o uso da matriz de forjamento por um certo período de tempo, trincas de fadiga térmica que aparecem em faixas ou redes na cavidade e trincas no processo de retificação de peças temperadas pertencem a essa forma de trincas.
Trincas de descascamento ocorrem em uma área muito estreita da camada superficial. A tensão compressiva atua nas direções axial e tangencial, e a tensão de tração ocorre na direção radial. As trincas são paralelas à superfície da peça. O descascamento da camada endurecida após o resfriamento de peças temperadas e cementadas se enquadra nesse tipo de trinca. Sua ocorrência está relacionada à estrutura irregular da camada endurecida. Por exemplo, após o resfriamento de um aço-liga cementado a uma determinada velocidade, a estrutura da camada cementada é: camada externa de perlita extremamente fina + carboneto, subcamada de martensita + austenita residual e camada interna de perlita fina ou perlita extremamente fina. Como o volume específico de formação da martensita na subcamada é o maior, a expansão volumétrica resultante faz com que a tensão compressiva atue na camada superficial nas direções axial e tangencial, e a tensão de tração ocorra na direção radial. Isso leva a uma mutação da tensão para o interior, resultando em uma transição para um estado de tensão compressiva, e trincas de descascamento surgem em áreas extremamente finas onde a transição de tensão é abrupta. Geralmente, as trincas se propagam internamente, paralelas à superfície, e em casos graves podem causar descascamento superficial. Se a taxa de resfriamento das peças cementadas for acelerada ou reduzida, uma estrutura de martensita uniforme ou uma estrutura de perlita ultrafina pode ser obtida na camada cementada, o que pode prevenir o surgimento dessas trincas. Além disso, durante o resfriamento superficial por alta frequência ou chama, a superfície frequentemente sofre superaquecimento e a heterogeneidade estrutural ao longo da camada endurecida pode facilmente formar essas trincas superficiais.
As microfissuras diferem das quatro fissuras mencionadas anteriormente por serem causadas por microtensões. Fissuras intergranulares que surgem após têmpera, superaquecimento e retificação de aços-ferramenta de alto carbono ou peças cementadas, bem como fissuras causadas pela falta de revenimento oportuno de peças temperadas, estão todas relacionadas à existência e subsequente propagação de microfissuras no aço.
Microfissuras devem ser examinadas ao microscópio. Elas geralmente ocorrem nos contornos de grão da austenita original ou na junção das camadas de martensita. Algumas fissuras penetram as camadas de martensita. Pesquisas mostram que microfissuras são mais comuns em martensita geminada em forma de flocos. Isso ocorre porque a martensita em forma de flocos colide com outras partículas durante seu crescimento em alta velocidade, gerando alta tensão. No entanto, a própria martensita geminada é frágil e não consegue produzir deformação plástica, relaxando a tensão e, portanto, causando microfissuras com facilidade. Os grãos de austenita são grosseiros e a suscetibilidade a microfissuras aumenta. A presença de microfissuras no aço reduz significativamente a resistência e a plasticidade das peças temperadas, levando a danos prematuros (fratura) das peças.
Para evitar microfissuras em peças de aço com alto teor de carbono, podem ser adotadas medidas como a redução da temperatura de têmpera, a obtenção de uma estrutura martensítica fina e a redução do teor de carbono na martensita. Além disso, o revenido oportuno após a têmpera é um método eficaz para reduzir a tensão interna. Testes comprovaram que, após um revenido suficiente acima de 200 °C, os carbonetos precipitados nas fissuras têm o efeito de "soldá-las", o que pode reduzir significativamente os riscos de microfissuras.
O texto acima discute as causas e os métodos de prevenção de trincas com base no padrão de distribuição das mesmas. Na produção real, a distribuição das trincas varia devido a fatores como a qualidade do aço, o formato da peça e as tecnologias de processamento a quente e a frio. Às vezes, as trincas já existem antes do tratamento térmico e se propagam durante o processo de têmpera; outras vezes, várias trincas podem aparecer simultaneamente na mesma peça. Nesse caso, com base nas características morfológicas da trinca, deve-se utilizar a análise macroscópica da superfície de fratura, o exame metalográfico e, quando necessário, a análise química e outros métodos para realizar uma análise abrangente, desde a qualidade do material e a estrutura organizacional até as causas das tensões do tratamento térmico, a fim de identificar as principais causas da trinca e, então, determinar medidas preventivas eficazes.
A análise de fraturas em trincas é um método importante para analisar as causas das fissuras. Toda fratura tem um ponto de partida. Trincas de têmpera geralmente começam no ponto de convergência de trincas radiais.
Se a origem da trinca estiver na superfície da peça, significa que ela foi causada por tensão de tração excessiva nessa superfície. Caso não haja defeitos estruturais como inclusões na superfície, mas existam fatores de concentração de tensão como marcas de corte profundas, escamas de óxido, cantos vivos em peças de aço ou peças com deformações estruturais, trincas podem ocorrer.
Se a origem da trinca estiver dentro da peça, está relacionada a defeitos do material ou tensão residual interna excessiva. A superfície de fratura em têmpera normal é de porcelana fina e cinza. Se a superfície de fratura for cinza-escura e rugosa, é causada por superaquecimento ou por uma camada espessa de material original.
De modo geral, não deve haver coloração de oxidação na seção vítrea da trinca de têmpera, nem descarbonetação ao redor da trinca. Se houver descarbonetação ao redor da trinca ou coloração de oxidação na seção da trinca, isso indica que a peça já apresentava trincas antes da têmpera e que as trincas originais se expandirão sob a influência da tensão do tratamento térmico. Se forem observados carbonetos segregados e inclusões próximos às trincas da peça, significa que as trincas estão relacionadas à segregação severa de carbonetos na matéria-prima ou à presença de inclusões. Se as trincas aparecerem apenas em cantos vivos ou em partes com formato irregular da peça, sem os fenômenos acima, significa que a trinca é causada por um projeto estrutural inadequado da peça, por medidas incorretas para evitar trincas ou por tensão excessiva do tratamento térmico.
Além disso, as fissuras em peças submetidas a tratamento térmico químico e têmpera superficial geralmente aparecem próximas à camada endurecida. Melhorar a estrutura da camada endurecida e reduzir as tensões do tratamento térmico são maneiras importantes de evitar fissuras superficiais.
Data da publicação: 22 de maio de 2024