Após a têmpera e o revenido da martensite, a estrutura das peças de suporte em aço ao crómio com elevado teor de carbono deve ser criptocristalina ou cristalina fina com pequena martensite acicular. Além disso, deve ter carboneto residual fino uniformemente distribuído e uma pequena quantidade de austenite residual. No caso dos micro-rolamentos, é admissível uma pequena quantidade de troostite acicular ou maciça, como se mostra na Fig. 1. [...]
Após a têmpera e o revenido da martensite, a estrutura das peças de suporte em aço ao crómio com elevado teor de carbono deve ser criptocristalina ou cristalina fina com pequena martensite acicular. Além disso, deve ter carboneto residual fino uniformemente distribuído e uma pequena quantidade de austenite residual.
Para os micro-rolamentos, é admissível uma pequena quantidade de troostite acicular ou maciça, como mostra a Fig. 1.
A microestrutura após têmpera e revenimento deve estar em conformidade com o ponto 3.2.2 da norma JB/T1255-2014, as especificações técnicas para o tratamento térmico de peças de aço cromado de alto carbono para rolamentos.
Esta estrutura de aço para rolamentos com crómio de elevado teor de carbono apresenta boa dureza, resistência, resistência ao desgaste e resistência à fadiga.
Após a têmpera, o aço para chumaceiras pode também adquirir excelentes propriedades globais, tais como elasticidade, tenacidade e estabilidade dimensional.
Durante o tratamento térmico de peças de rolamentos em aço ao crómio com elevado teor de carbono, podem ocorrer vários defeitos devido a problemas com os materiais do aço para rolamentos, o processo de tratamento térmico, o equipamento de processamento e factores humanos. Estes defeitos podem incluir o sobreaquecimento da microestrutura metalográfica (martensite agulhada grosseira), o subaquecimento da microestrutura metalográfica (troostite que excede a norma), carbonetos de grão grosseiro, carbonetos de rede graves e outros defeitos da microestrutura.
Alguns destes defeitos da microestrutura metalográfica podem causar diretamente o abate do produto, como é o caso da microestrutura metalográfica sobreaquecida (martensite agulhada grosseira). No entanto, outros defeitos podem não resultar na demolição do produto, mas podem ter um impacto negativo na vida útil do produto.
Por exemplo, a microestrutura metalográfica subaquecida (troostite que excede a norma) pode afetar a vida útil do rolamento, levando à rutura precoce do anel do rolamento e afectando significativamente a qualidade do produto do rolamento.
As figuras 2 e 3 mostram a microestrutura metalográfica resultante da têmpera a uma temperatura de sobreaquecimento, exibindo martensite com características estruturais distintas. Este tipo de estrutura é conhecido por diminuir a dureza e a resistência ao impacto do rolamento, levando a uma vida útil mais curta e até mesmo a fissuras por têmpera em casos de sobreaquecimento grave.
Este problema é causado principalmente por uma temperatura de aquecimento de têmpera excessivamente elevada ou por um tempo de espera prolongado no limite superior da temperatura de aquecimento de têmpera, o que resulta numa dissolução excessiva de carbonetos secundários. A austenite O grão de martensite também tem a oportunidade de crescer, enfraquecendo o efeito de impedimento no crescimento da martensite e aumentando a possibilidade de um maior crescimento da martensite.
Quando observada num microscópio metalográfico de 500x (ou 1000x), a microestrutura metalográfica sobreaquecida é evidente como martensite agulhada grosseira.
Outra causa possível é a presença de carbonetos com bandas graves na matéria-prima ou a distribuição desigual do tamanho dos carbonetos na estrutura recozida, resultando em flocos finos de perlite na estrutura recozida.
Mesmo durante a têmpera normal, a martensite acicular grosseira pode formar-se em áreas com carbonetos ou partículas finas escassamente distribuídas, com poucos obstáculos ao crescimento da martensite.
Superfície descarbonização resulta em poucos ou nenhuns carbonetos e, por conseguinte, tem um efeito mínimo no impedimento do crescimento da martensite.
Se as condições de arrefecimento forem óptimas, a martensite tem ainda a possibilidade de crescer e formar martensite acicular grosseira.
É importante escolher uma temperatura de têmpera e um tempo de aquecimento adequados. Estes parâmetros devem ser seleccionados de acordo com as normas do material, e é necessário controlar rigorosamente a formação de bandas de carboneto.
Melhorar a qualidade da recozimentoPor isso, é crucial monitorizar de perto a temperatura do forno durante a produção. Em caso de falha de energia ou de equipamento, devem ser tomadas medidas atempadas e eficazes para evitar qualquer impacto negativo no processo.
A troostite é uma estrutura que se forma devido a um subarrefecimento ou a um arrefecimento deficiente durante o processo de arrefecimento. É o resultado da transformação da perlita em austenite.
A troostite tem uma estrutura perlítica excecionalmente fina. Nos aços para rolamentos, a troostite pode ser classificada com base na sua morfologia metalográfica em quatro tipos: troostite maciça (ver Fig. 4), troostite acicular (ver Fig. 5), uma combinação de estruturas aciculares e maciças (ver Fig. 6) e troostite em faixas (ver Fig. 7).
A estrutura da troostite pode ser encontrada no aço para rolamentos temperado, e pode levar a uma diminuição tanto do dureza e resistência do aço. Esta estrutura também é desfavorável para a resistência ao desgaste e à fadiga, e reduz muito a resistência à ferrugem do aço para rolamentos.
Embora a dureza da peça se encontre dentro da gama qualificada, a presença de uma pequena quantidade de troostite acicular e maciça não cumpre os requisitos de microestrutura metalográfica especificados nas condições técnicas JB/T1255-2014 para o tratamento térmico de peças de aço cromado de alto carbono para rolamentos.
No entanto, a presença de troostite maciça e reticular excede as disposições padrão, tornando-a uma estrutura não qualificada. Este facto pode resultar numa menor dureza da peça e facilitar a identificação de pontos moles após a decapagem.
A troostite maciça forma-se quando o aquecimento é inadequado (ou a temperatura é demasiado baixa ou o tempo de permanência é demasiado curto). Isto resulta numa concentração desigual de liga austenítica e numa baixa temperabilidade em certas áreas do aço, levando à transformação da perlite durante o arrefecimento normal.
A troostite acicular forma-se devido a um arrefecimento deficiente, onde a meio de arrefecimento não é capaz de arrefecer o aço a uma velocidade suficiente. Mesmo com um aquecimento normal, algumas zonas do aço podem não atingir o taxa de arrefecimento crítica necessário para um endurecimento correto.
A troostite zonal forma-se quando há carbonetos presentes na matéria-prima do aço para rolamentos que se distribuem em forma de tira em áreas com baixa concentração de carbono.
Se a troostite aparecer durante a produção, a sua microestrutura metalográfica deve ser inspeccionada e as causas analisadas de modo a tomar as medidas adequadas.
Se a troostite estiver numa forma maciça, a temperatura de aquecimento da têmpera deve ser aumentada corretamente e o tempo de retenção deve ser prolongado.
Se a troostite estiver numa forma acicular, a taxa de arrefecimento deve ser aumentada.
Se a temperatura de aquecimento, a preservação do calor e o arrefecimento estiverem dentro do intervalo normal, mas a troostite continuar a ocorrer, é necessário verificar se existem problemas com as matérias-primas, problemas de controlo da temperatura, avarias no equipamento e outras causas potenciais. É importante identificar a causa atempadamente e tomar as medidas necessárias.
A Figura 8 mostra a formação severa de carboneto de rede resultante da corrosão profunda utilizando uma solução alcoólica de ácido nítrico 4%.
Este defeito estrutural não surge durante o processo de têmpera, mas resulta de uma laminagem, forjamento ou recozimento. Só pode ser detectado através de inspeção após a têmpera.
A presença de carbonetos reticulados no aço aumenta a falta de homogeneidade da sua composição química. Isto pode levar a tensões estruturais significativas durante o tratamento térmico e a têmpera, o que, por sua vez, pode causar deformação e fissuração das peças.
Os carbonetos reticulados enfraquecem a relação entre os grãos da matriz e reduzem a propriedades mecânicas do aço. Em particular, podem reduzir consideravelmente as propriedades de impacto do aço. Além disso, à medida que o nível de carbonetos reticulados aumenta, as propriedades de impacto do aço continuam a diminuir.
Os carbonetos de rede também têm um efeito significativo na resistência à flexão e na resistência à tração do aço. Além disso, o contacto resistência à fadiga do aço diminui com um aumento do nível de carbonetos reticulados. De facto, a resistência à fadiga por contacto dos provetes longitudinais com carbonetos reticulados grosseiros diminui em cerca de 30%.
Cada aumento de grau de carboneto reticulado reduz a vida útil das peças em aproximadamente um terço. Os carbonetos reticulados graves não podem ser eliminados em processos de recozimento de esferoidização subsequentes, e a estrutura dos carbonetos só pode ser eliminada ou melhorada através de um processo de normalização.
Nos casos em que o carboneto reticulado é leve, parte da rede pode ser quebrada e esferoidizada durante o recozimento de esferoidização. No entanto, se as partículas de carboneto forem maiores, as partículas de carboneto na estrutura recozida esferoidizada podem não ser uniformes.
Deve ser implementado um controlo rigoroso dos carbonetos reticulados presentes nas matérias-primas do aço para rolamentos. O nível de carbonetos reticulados não deve exceder o limite especificado na norma GB/T18254-2016 para o aço para rolamentos com elevado teor de carbono e crómio.
Durante o processo de forjamento de peças forjadas para rolamentos, é importante regular a taxa de arrefecimento para evitar a formação de carbonetos reticulados resultantes de uma taxa de arrefecimento lenta.
Se necessário, o arrefecimento por ar pode ser utilizado para acelerar a taxa de arrefecimento das peças forjadas e evitar a ocorrência de carbonetos reticulados.
Foi realizada uma análise aprofundada das causas dos defeitos primários na microestrutura de peças de aço com alto teor de carbono e crómio após a têmpera, e foram propostas medidas preventivas e correctivas para melhorar a qualidade da têmpera de peças de aço com alto teor de carbono e crómio.
Dada a complexidade das práticas de produção, é crucial realizar uma análise específica de diferentes situações para assegurar a qualidade de têmpera das peças de aço cromado de alto carbono para rolamentos e garantir a qualidade interna fiável dos produtos de rolamentos.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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