Aço inoxidável 440C temperado
O aço inoxidável 440C normalmente atinge uma dureza de até 60 HRC sob condições adequadas de tratamento térmico. Isso o coloca no limite superior de dureza entre os aços inoxidáveis martensíticos usados em aplicações resistentes ao desgaste.
Faixa de dureza típica do aço 440C após têmpera
Em condições práticas de serviço, a dureza do aço 440C geralmente varia entre 57 HRC e 60 HRC.
Essa faixa de valores é utilizada porque o aumento da dureza eleva a fragilidade e o risco de fissuras, enquanto a redução da dureza melhora a tenacidade, mas diminui a resistência ao desgaste. O valor final é, portanto, selecionado com base no equilíbrio necessário entre durabilidade e confiabilidade.
A temperatura de revenido é a principal variável de controle. Temperaturas de revenido mais baixas preservam maior dureza, enquanto temperaturas mais altas reduzem a dureza em troca de maior estabilidade estrutural e resistência à fratura.
Dureza do aço 440C após revenimento
Os valores práticos publicados indicam uma dureza mínima para uma temperatura de revenimento declarada. Uma peça revenida na temperatura da coluna da esquerda não apresentará, no ensaio, dureza inferior à da coluna do meio, desde que as etapas de austenitização e têmpera tenham sido executadas corretamente. A janela de revenimento propriamente dita, do pré-aquecimento ao tratamento subzero, está descrita na página de tratamento térmico do 440C.
| Temperatura de revenimento | Dureza mínima |
|---|---|
| 165 °C (330 °F) | 60 HRC |
| 190 °C (375 °F) | 58 HRC |
| 230 °C (445 °F) | 57 HRC |
| 357 °C (675 °F) | 52 a 56 HRC |
Fonte, prática recomendada de tratamento térmico para o tipo 440C, no Heat Treater's Guide, Practices and Procedures for Irons and Steels.
Na prática, as três primeiras linhas cobrem a maior parte dos trabalhos de desgaste, pois uma peça com 60 HRC atende à abrasão pura e 57 HRC é o compromisso usual onde existe carga de impacto leve. A última linha troca resistência ao desgaste por resistência ao impacto e é escolhida quando a falha que o projeto deve evitar é a trinca, e não o desgaste.
O duplo revenimento é padrão para este grau e melhora tanto a consistência da dureza quanto a estabilidade dimensional. A peça é resfriada à temperatura ambiente entre os dois revenimentos, porque a austenita retida que sobrevive ao primeiro revenimento se transforma durante o resfriamento, e o segundo revenimento então revene a martensita recém-formada em vez de deixá-la frágil.
Acima de aproximadamente 400 °C a curva de dureza para de cair e volta a subir. Uma curva de revenimento publicada para o grau mostra o pico de endurecimento secundário próximo de 470 a 480 °C, em cerca de 600 HB, o que fica próximo de 58 HRC. O pico é enganoso, porque uma peça nessa faixa ainda está dura enquanto sua tenacidade está no pior nível. Após o pico, a queda é acentuada.
| Temperatura de revenimento | Dureza, HB | HRC aproximado |
|---|---|---|
| 260 °C (500 °F) | 550 | 54 |
| 400 °C (750 °F) | 575 | 56 |
| 480 °C (895 °F), pico | 600 | 58 |
| 540 °C (1005 °F) | 515 | 52 |
| 600 °C (1110 °F) | 375 | 40 |
| 650 °C (1200 °F) | 320 | 34 |
Fonte, curva de dureza em função da temperatura de revenimento para o tipo 440C, no Heat Treater's Guide, Practices and Procedures for Irons and Steels. A dureza é dada em HB conforme publicada, a coluna HRC é convertida com ASTM E140.
Tenacidade e dureza se opõem neste grau, e a faixa de 427 a 566 °C é onde os aços inoxidáveis martensíticos são mais propensos à fragilidade de revenimento. Uma peça revenida nessa faixa fica dura e não confiável em serviço, razão pela qual peças de desgaste permanecem abaixo de 250 °C e a baixa dureza que acompanha um revenimento de tenacidade só é aceita onde as cargas de impacto a exigem.
Dureza do aço 440C em cada condição
O mesmo grau é cotado em 97 HRB, 260 HB, 57 HRC e 60 HRC dependendo da condição a que o número pertence. A tabela abaixo mantém as unidades conforme publicadas, porque a condição de entrega, e não o grau, decide qual número aparece no certificado.
| Condição | Dureza | Observação |
|---|---|---|
| Totalmente recozido | 98 HRB a 25 HRC | Condição mais macia, usada para usinagem |
| Barra recozida e trefilada a frio | 260 HB | Maior limite de escoamento, menor conformabilidade |
| Temperado a partir de 1010 a 1065 °C | 60 a 62 HRC | Sem revenimento, alta tensão interna |
| Temperado e revenido a 315 °C | 580 HB, cerca de 57 HRC | 1970 MPa de resistência à tração, 2 por cento de alongamento |
| Temperado e revenido a 165 °C ou acima | 60 HRC mínimo | Nível mais alto usado em serviço |
Fontes, dados de propriedades para o tipo 440C no ASM Handbook, Volume 1, Properties and Selection, Irons, Steels and High-Performance Alloys, e no Heat Treater's Guide, Practices and Procedures for Irons and Steels.
O valor recozido é o que consta no certificado da usina, porque o 440C é fornecido macio para usinagem. A barra trefilada a frio apresenta dureza e resistência maiores que a barra recozida, portanto um comprador que compara os dois certificados está diante de duas rotas de fabricação diferentes, e não de dois graus.
Dureza do aço 440C: temperado versus revenido
A dureza do aço inoxidável 440C difere significativamente entre as condições de têmpera e revenido, e esses dois estados não são intercambiáveis.
Dureza após têmpera
Após austenitização e resfriamento rápido, o 440C forma martensita sem revenimento e atinge sua dureza máxima, cerca de 60 a 62 HRC. Nesse estado, o material contém alta tensão interna e apresenta ductilidade muito baixa, tornando-se altamente propenso a trincas.
Variações na austenita retida podem causar diferenças na dureza medida. Etapas adicionais de processamento, como tratamento subzero ou criogênico, são às vezes usadas para reduzir a austenita retida e estabilizar a estrutura, mas essa condição ainda não representa o estado final utilizável.
Dureza temperada
Em aplicações industriais, o aço 440C é sempre revenido após a têmpera. O revenido alivia a tensão interna, estabiliza a microestrutura e melhora a resistência à fratura, embora reduza ligeiramente a dureza.
A dureza final do aço 440C após têmpera é definida pelas condições de revenido. Ela é controlada principalmente pela temperatura de revenido, que determina o equilíbrio entre dureza, tenacidade e estabilidade dimensional.
As especificações de engenharia devem sempre se referir à dureza após o revenido, e não à dureza máxima observada após a têmpera.
Fatores que afetam a dureza do aço 440C após têmpera
A temperatura de austenitização desempenha um papel fundamental na determinação da dureza potencial. O aumento da temperatura permite que mais carbono se dissolva na matriz, elevando assim a dureza alcançável, mas também promove a retenção de austenita, o que pode reduzir a dureza efetiva após o resfriamento.
A eficácia do resfriamento também influencia o grau de transformação da austenita em martensita. Se a taxa de resfriamento for insuficiente, parte da estrutura permanece sem transformação, resultando em menor dureza.
A quantidade de austenita retida presente após o resfriamento também afeta a dureza medida. Um maior teor de austenita retida resulta em menor dureza efetiva e maior variabilidade entre os componentes processados sob diferentes condições.
A temperatura de revenido determina o nível final de dureza. Temperaturas de revenido mais baixas mantêm a dureza próxima do máximo, enquanto temperaturas mais altas reduzem a dureza em troca de maior tenacidade e estabilidade dimensional.
Conversão de dureza do aço 440C
Drawings, mill certificates and customer specifications switch between Rockwell C, Vickers and Brinell. The table below covers the working range of 440C and reproduces the comparative hardness table for steel in Machinery’s Handbook, which carries the ASTM E140 values. Spot values between the rows can be read on the Calculadora de conversão de dureza do aço ferramenta.
| Rockwell C | Vickers HV | Brinell HB, esfera de carboneto |
|---|---|---|
| 62 | 746 | não impresso |
| 61 | 720 | não impresso |
| 60 | 697 | 654 |
| 59 | 674 | 634 |
| 58 | 653 | 615 |
| 57 | 633 | 595 |
| 56 | 613 | 577 |
| 55 | 595 | 560 |
| 54 | 577 | 543 |
| 53 | 560 | 525 |
| 52 | 544 | 512 |
Fonte, Comparative Hardness Scales for Steel, no Machinery's Handbook.
Os valores Brinell padrão com esfera de 10 mm saem da faixa acima de cerca de 500 HB, portanto a coluna da esfera de carboneto é a que deve ser usada na dureza que o 440C atinge. Uma leitura Brinell em uma peça de 440C endurecida vale menos que uma leitura Rockwell C feita no mesmo ponto, e a tabela de conversão não substitui a medição da peça.
Aço 440C quando a dureza sai baixa
A austenitização abaixo da faixa é o primeiro suspeito. Abaixo de 1010 °C os carbonetos não se dissolvem totalmente, a austenita permanece pobre em carbono e a peça temperada fica vários pontos abaixo do valor esperado. Reaustenitizar dentro da janela de 1010 a 1065 °C corrige isso, e seções espessas devem ficar na extremidade superior dessa janela, com tempo de encharque adicionado em proporção à espessura.
Uma têmpera lenta produz o mesmo sintoma por um motivo diferente. O óleo é o meio preferido para o 440C. O resfriamento ao ar é viável em seções finas, e a martêmpera em óleo quente ou sal é possível porque a temperabilidade é alta, mas a peça ainda precisa atingir a faixa martensítica antes que o núcleo mais espesso pare de se transformar. Em uma barra pesada, a própria seção pode ser o problema, e não há cronograma de revenimento que a recupere.
A austenita retida deixa dureza para trás sem mostrar uma causa óbvia. O tratamento a frio a -71 °C, ou -70 °C ou menos por pelo menos duas horas na prática aeroespacial, transforma a maior parte do que a têmpera deixou. Revena duas vezes depois e resfrie à temperatura ambiente entre os revenimentos, porque o segundo revenimento trata a martensita que se formou nesse resfriamento, e não a martensita da têmpera.
Algumas leituras baixas são do ensaio, e não da peça. Uma camada descarbonetada apresenta leitura macia, portanto a dureza é medida abaixo da superfície ou após retificação. A impressão também exige uma superfície plana e limpa e seção suficiente sob ela, pois uma leitura Rockwell C feita em uma borda fina ou sem apoio não é um valor de dureza de forma alguma.
A usina fornece o 440C recozido, portanto a dureza no certificado da usina é a dureza de recozimento e não a dureza com que a peça trabalhará. Coloque a condição de entrega, o limite de dureza e o local do ensaio no pedido de compra, e mantenha a operação de endurecimento com um valor de aceitação separado.
Aço 440C: Por que os valores de dureza relatados podem variar
Os valores de dureza para o aço 440C frequentemente diferem entre fornecedores, especificações e relatórios de testes devido a diferenças no controle do processo e nas condições de medição.
- Execução do tratamento térmico. Diferenças no controle do forno, tempo de permanência e condições de resfriamento levam a variações na microestrutura final.
- Controle da austenita retida. Alguns processos incluem etapas adicionais, como tratamento subzero, enquanto outros não, resultando em diferentes valores de dureza.
- Prática de revenimento. Pequenas alterações na temperatura de revenimento ou no projeto do ciclo podem alterar a dureza final dentro da faixa típica.
- Condições de medição. As leituras de dureza variam conforme o local do teste, a condição da superfície e a microestrutura local. A distribuição de carbonetos pode influenciar as medições localizadas.
Por essa razão, os valores de dureza de diferentes fontes não devem ser comparados sem que se compreenda o processo de fabricação subjacente.
Interpretação da dureza do aço temperado 440C em engenharia
Na prática da engenharia, a dureza do aço 440C define um equilíbrio entre resistência ao desgaste e ductilidade.
Com 57 a 60 HRC, o 440C proporciona excelente resistência à abrasão, alta resistência à compressão e forte retenção de fio. Isso o torna adequado para componentes em que o desgaste superficial é o modo de falha dominante.
Ao mesmo tempo, esse nível de dureza resulta em baixa ductilidade e resistência limitada ao impacto. O material torna-se sensível à concentração de tensões e não é adequado para aplicações que envolvam choques, flexão ou cargas dinâmicas.
Devido a esse comportamento, todas as operações de usinagem e conformação devem ser concluídas no estado recozido antes do endurecimento. A soldagem geralmente é evitada devido ao alto risco de fissuras, e o projeto do componente deve minimizar a concentração de tensões, evitando transições abruptas e mudanças geométricas repentinas.
O aço 440C deve ser selecionado quando a resistência ao desgaste e a estabilidade dimensional forem os principais requisitos, e evitado quando a resistência ao impacto ou a ductilidade estrutural forem críticas.
Aplicações típicas incluem
- Componentes resistentes ao desgaste em equipamentos têxteis e industriais
- Esferas de rolamento e pistas de rolamento
- Componentes de válvulas, como sedes e válvulas de agulha.
- Peças e buchas da bomba
- Instrumentos de precisão e lâminas de corte
A Aobo Steel fornece aço inoxidável 440C na condição recozida para tratamento térmico de precisão. Os dados do grau estão na página do produto aço inoxidável 440C, a janela de processo está na página de tratamento térmico do 440C, e dúvidas podem ser enviadas para [email protected].