20- Uma companhia de rolamentos faz caixas de rolamento de alta precisão de uma aço ABNT52100.Esses são inicialmente trabalhados,quando ainda inacabados , então austenitizados e temperados em óleo, depois resfriados a
e aquecidos até a temperatura ambiente em óleo , antes da operação final de polimento de precisão. O que pode ocorrer se o resfriamento a
for omitido?Explique o por quê?É possível dois aços terem a mesma temperabilidade, mas durezas diferentes?Explique?
Passo 1
O enunciado dá o seguinte processo e pergunta duas coisas. Informações e pedidos (lista clara):
- Aço: ABNT52100 (aço de rolamentos, alto teor de carbono e cromo).
- Processamento descrito: trabalho mecânico inicial → austenitização → têmpera em óleo (resfriamento até temperatura ambiente) → resfriamento adicional até
→ aquecimento até temperatura ambiente em óleo → polimento de precisão final. - Pergunta A: O que pode ocorrer se o resfriamento a
for omitido? Explique o porquê. - Pergunta B: É possível dois aços terem a mesma temperabilidade, mas durezas diferentes? Explique.
Passo 2
Primeira coisa: vamos entender os conceitos físicos essenciais (explicação didática e passo a passo).
- O que é austenita: é a fase cristalina que existe quando o aço está aquecido acima da temperatura de austenitização; contém o carbono dissolvido.
- O que é martensita: é a fase dura (metastável) formada quando a austenita se transforma rapidamente por resfriamento; é muito dura e frágil enquanto não for revenida.
- O que é austenita retida: nem sempre toda a austenita se transforma em martensita ao terminar a têmpera. Parte da austenita pode permanecer “retida” à temperatura ambiente se a transformação não terminou. Essa fração é chamada de austenita retida.
- Por que parte da austenita fica retida? Porque a transformação austenita → martensita ocorre em função da temperatura através de duas temperaturas características:
A transformação começa em e termina em . Se a têmpera levar o material apenas até uma temperatura maior do que , a transformação não estará completa e haverá austenita retida.
Passo 3
Por que usar resfriamento a
(tratamento criogênico)?
- Muitos aços de alto carbono/ligados têm
abaixo da temperatura ambiente. Para converter praticamente toda a austenita restante em martensita é preciso resfriar abaixo de . - O resfriamento criogênico (por exemplo até
) reduz a temperatura do material abaixo de , fazendo com que a austenita retida se transforme em martensita adicional. - Depois dessa conversão, aquece-se de volta (aquecimento controlado em óleo até temperatura ambiente) para evitar choques térmicos e estabilizar a microestrutura antes do polimento. Esse aquecimento controlado também impede condensação e mudanças bruscas que poderiam causar distorção.
Passo 4
O que acontece se o passo criogênico for omitido — explicação passo a passo e consequências práticas
- Após a têmpera em óleo, parte da microestrutura é martensita, mas se
do aço for menor que a temperatura ambiente haverá austenita retida. - Se não houver resfriamento a
, essa austenita retida permanecerá. - Consequências diretas da presença de austenita retida:
- dureza final menor do que a obtida com conversão completa para martensita (porque austenita é mais macia que martensita);
- menor resistência ao desgaste (rolamentos exigem elevada dureza e resistência ao desgaste);
- instabilidade dimensional: a austenita retida pode transformar-se tardiamente em martensita durante operações de acabamento (polimento, aquecimento local) ou mesmo em serviço, e essa transformação volumétrica causa deformações/efeitos dimensionais — prejudica a precisão das caixas de rolamento;
- diminuição da vida à fadiga: a austenita retida pode reduzir resistência à fadiga por mecanismos microestruturais e também por gerar tensões residuais localizadas quando se transforma posteriormente;
- variação no comportamento durante o polimento de precisão: peças que pareciam “ok” depois da têmpera podem mudar de forma após polimento se a austenita se transformar durante o processo.
- Resumindo o porquê: o resfriamento a
existe para completar a transformação austenita → martensita (atingir baixo que ), garantindo máxima dureza, estabilidade dimensional e repetibilidade do acabamento. Sem ele, tem-se austenita retida que prejudica exatamente as propriedades críticas para rolamentos.
Passo 5
Comentário prático sobre o aquecimento em óleo até a temperatura ambiente (passo do processo que segue o criogênico)
- Aquecer lentamente em óleo evita choques térmicos que poderiam gerar novas tensões residuais ou microfissuras.
- Também estabiliza a microestrutura recém-formada e facilita o manuseio antes do polimento.
- Em resumo: o ciclo criogênico + aquecimento controlado dá microestrutura mais homogênea e dimensionalmente estável.
Passo 6
Agora a segunda pergunta: o que é temperabilidade (hardenability) e por que dois aços podem ter a mesma temperabilidade mas durezas diferentes?
- Definição clara e simples:
- Temperabilidade (hardenability) é a capacidade do aço de formar martensita ao longo da seção da peça quando se resfria — ou seja, mede quão profundamente, a partir da superfície, a martensita se consegue formar com uma dada velocidade de resfriamento. Frequentemente é medida pelo ensaio Jominy (end-quench) e indicada por uma curva de dureza ao longo da distância.
- Dureza é uma propriedade da microestrutura resultante (quanto a martensita formada é dura, etc.). Depende fortemente do teor de carbono e do tratamento térmico (temperatura e tempo de revenido), além da microestrutura (fração de martensita, carbetos, etc.).
- Por que podem ser iguais em temperabilidade e diferentes em dureza?
- Temperabilidade é controlada principalmente pelos elementos de liga (Cr, Mo, Mn, etc.) que retardam a transformação perlítica e favorecem a formação de martensita durante o resfriamento. Dois aços com a mesma combinação de elementos de liga podem apresentar curvas de temperabilidade muito parecidas.
- Contudo, a dureza final depende também do teor de carbono e do estado de revenido: maior teor de carbono normalmente produz martensita mais dura (a dureza da martensita aumenta com o teor de carbono). Assim, dois aços com a mesma temperabilidade (mesmos elementos de liga) mas com teores de carbono diferentes podem formar martensita até a mesma profundidade (mesma temperabilidade), porém a dureza da martensita será diferente.
- Exemplo didático e simples: suponha dois aços com idênticos elementos de liga (logo mesma temperabilidade), mas um com
de carbono e outro com de carbono. Ambos podem transformar-se em martensita até a mesma profundidade (mesma temperabilidade), mas o aço com C produzirá martensita mais dura — portanto dureza final diferente.
- Outra fonte de diferença de dureza: fração de austenita retida, presença/quantidade de carbonetos e o regime de revenido (temperatura e tempo) também alteram dureza mesmo quando temperabilidade é a mesma.
Passo 7
Resumo prático e recomendações (para a situação de prova / aplicação)
- Se na peça de rolamento for omitido o ciclo a
, espere menos dureza, maior austenita retida, risco de deformação durante acabamento e menor desempenho em desgaste/fadiga — portanto, não é recomendável omitir esse passo em um aço como ABNT52100 para aplicações de precisão. - Sim, dois aços podem ter a mesma temperabilidade (mesma capacidade de formar martensita ao longo da seção) e ainda assim exibir durezas diferentes, principalmente por diferença no teor de carbono ou por diferenças no tratamento térmico / revenido.
Resposta
Omissão do resfriamento a
: leva à presença de austenita retida (pois
pode ficar abaixo da temperatura ambiente), resultando em menor dureza e resistência ao desgaste, instabilidade dimensional (transformações tardias durante polimento ou serviço causam deformações), redução da vida à fadiga e comportamento imprevisível da peça — por isso o passo criogênico é usado para converter austenita retida em martensita e garantir estabilidade.\nSim, é possível: temperabilidade (hardenability) mede a capacidade de formar martensita ao longo da seção (influenciada por elementos de liga), enquanto dureza depende também do teor de carbono, da fração de martensita formada, da austenita retida e do revenido; portanto dois aços com mesma temperabilidade podem apresentar durezas diferentes (por exemplo se tiverem teores de carbono diferentes).