Visão geral técnica do aço 52100

Visão geral técnica do aço 52100: O aço 52100 é um aço de baixa liga, reconhecido principalmente como o padrão clássico para aplicações em rolamentos. Devido ao seu alto teor de carbono e à adição de cromo, suas características de desempenho, especialmente dureza, resistência ao desgaste e resistência à fadiga, servem como referência para a avaliação de outros aços para rolamentos. Isso demonstra sua confiabilidade comprovada em componentes industriais exigentes.

1. Composição química do aço 52100

• Carbono (C):98 – 1.10%
• Cromo (Cr):30 – 1.60%
• Manganês (Mn):25 – 0,50%
• Silício (Si):15 – 0,35%

Traços de fósforo (P) e enxofre (S) são mantidos em níveis mínimos, conforme as práticas padrão de fabricação de aço. Observe que as porcentagens exatas podem variar ligeiramente com base em normas específicas (por exemplo, ASTM A295, AMS 6490/6491).

2. Tratamento térmico do aço 52100 e propriedades resultantes

Alcançar as propriedades ideais do aço 52100 depende muito de procedimentos corretos de tratamento térmico.

2.1 Tratamento Térmico

1. Austenitização (tratamento em solução): aquecer a aproximadamente 850°C (1560°F).
2. Têmpera: Normalmente realizada em óleo.
3. Revenimento: executado dentro de uma faixa de 180-250°C (355-480°F), dependendo da dureza alvo e do equilíbrio de tenacidade.

2.2 Microestrutura

O tratamento térmico adequado produz uma microestrutura composta predominantemente por martensita levemente revenida. As principais características incluem carbonetos primários (não dissolvidos) finamente dispersos, que contribuem significativamente para a resistência ao desgaste, e potencialmente uma pequena porcentagem (até ~5%) de austenita retida.

2.3 Importância do Processamento Correto

O controle preciso do tratamento térmico, particularmente da temperatura de revenimento, é fundamental. Temperaturas de revenimento mais altas geralmente reduzem a dureza e a resistência, mas podem aumentar a tenacidade. Procedimentos incorretos, como temperaturas de recozimento inadequadas (por exemplo, 350 °C / 660 °F), podem produzir microestruturas indesejáveis contendo perlita e excesso de cementita livre, levando à falha prematura do componente. A relação entre a temperatura de revenimento e a tenacidade à fratura é uma consideração fundamental no projeto.

2.4 Propriedades Mecânicas

• Dureza: Alta dureza é alcançada após tratamento térmico. Por exemplo, 59-61 HRC é frequentemente o alvo para otimizar a vida útil da matriz.
• Resistência ao desgaste: Excelente, devido ao alto teor de carbono e à presença de carbonetos de cromo duro na microestrutura.
• Resistência à fadiga: alta resistência à fadiga é característica e essencial para a resistência à fadiga por contato rolante em rolamentos.
• Módulo de Young: Aproximadamente 210 GPa, indicando alta rigidez do material.

2.5 Soldabilidade:

Devido ao seu alto teor de carbono, o aço 52100 é geralmente considerado não soldável pelos métodos convencionais. Tentativas de soldagem frequentemente resultam em rachaduras na zona afetada pelo calor (ZTA).

3. 52100 Aplicações de Aço

A combinação de alta dureza, resistência ao desgaste e resistência à fadiga torna o aço 52100 adequado para diversas aplicações exigentes:

• Rolamentos de Elementos Rolantes: São usados principalmente para rolamentos de anéis internos, anéis externos, esferas e rolos. Graus de qualidade premium (por exemplo, AMS6490D, AMS6491E) geralmente especificam material fundido a vácuo (VIM) ou refundido por eletroescória (ESR) para maior limpeza e maior vida útil em fadiga em aplicações críticas, como a aeroespacial.
• Ferramenta e matriz: Adequado para determinadas matrizes menores (até aprox. 50 mm / 2 pol.), especialmente onde são necessárias superfícies altamente polidas. Também pode ser usado para matrizes de baixo relevo produzidas por corrosão fotoquímica.
• Outros componentes de precisão: as aplicações incluem blocos padrão, ferramentas de medição de precisão, eixos híbridos e outros componentes que exigem alta estabilidade dimensional e resistência ao desgaste.
• Facas: São usadas em alguns tipos de lâminas de faca de alto desempenho que exigem boa retenção de fio.

4. Opções de aprimoramento de superfície

Tratamentos de superfície podem ser aplicados ao aço 52100 para melhorar ainda mais as propriedades da superfície, como resistência ao desgaste ou à corrosão. Exemplos incluem cromagem ou processos duplex (como Deposição/Difusão Termo-Reativa (TRD) e Nitretação a Plasma (PN) combinados). Pesquisas indicam que certos tratamentos duplex podem oferecer desempenho superior ao desgaste em comparação à cromagem padrão isoladamente.

5. Padrões Equivalentes e Alternativas

5.1 Designações comuns:

• AISI/SAE: 52100
• China (GB): GCr15
• UNS: G52986
• DIN (W-Nr): 3505 (também conhecido como 100Cr6)
• JIS: SUJ2
• AMS: AMS 6490, AMS 6491 (Aço para rolamentos de qualidade aeronáutica premium)
• ASTM: A295 (Especificação padrão para aço antifricção de alto carbono para rolamentos)

(Observação: sempre verifique a revisão padrão específica necessária para sua aplicação)

5.2 Alternativas:

A pesquisa e o desenvolvimento continuam na área de aços para rolamentos. Classes alternativas, como o aço 5280, têm sido exploradas para oferecer propriedades comparáveis, ao mesmo tempo em que simplificam processos de fabricação como a fundição contínua em comparação ao aço 52100.

6. Resumo

O 52100 é um aço de alto carbono, cromo e baixa liga, reconhecido por sua excelente dureza, resistência ao desgaste e resistência à fadiga após tratamento térmico adequado. Seu desempenho depende da obtenção da microestrutura martensítica temperada desejada com carbonetos finos. Continua sendo o padrão da indústria para muitas aplicações em rolamentos e é utilizado com eficácia em ferramentas específicas e componentes de precisão.

Na Aobo Steel, possuímos vasta experiência em forjamento e fornecimento de aço 52100. Entre em contato conosco para discutir suas necessidades técnicas específicas e como podemos fornecer a solução de material certa para sua aplicação.

7. Aço 52100 vs aço D2

• Teor de Carbono e Cromo: O D2 tem teor de carbono e cromo significativamente maior que o 52100.

• Aplicativos: O 52100 é principalmente um aço para rolamentos, enquanto o D2 é um aço para ferramentas, especialmente para aplicações de trabalho a frio.

• Dureza: O D2 pode atingir dureza máxima semelhante ou ligeiramente menor que o revestimento 52100 tratado termicamente, mas sua resistência ao desgaste é uma característica primária.

• Robustez: Geralmente, o 52100 é considerado mais resistente do que aços de matriz com alto teor de carbono, como o D2, embora o D2 ofereça um bom equilíbrio para sua classe.

• Temperabilidade: Ambos podem ser endurecidos completamente, mas o D2 é endurecido ao ar, o que resulta em menos distorção em seções maiores.

• Resistência ao desgaste: O D2 é formulado especificamente para excelente resistência à abrasão, um diferencial importante do 52100.

• Resistência à corrosão: O 52100 tem uma resistência à corrosão relativamente menor do que outros aços para rolamentos, enquanto o alto teor de cromo do D2 contribui para uma boa resistência ao desgaste, não principalmente à resistência à corrosão.

Perguntas frequentes

1. Para que serve o aço 52100?

• Rolamentos. É considerado um material clássico e padrão para aplicações com alto teor de carbono, especialmente rolamentos de esferas e rolos.

• Seções de matriz. Pode ser usado para matrizes de até 50 mm de diâmetro que exigem superfícies extremamente polidas.

• Material de revestimento em soldagem por arco de transferência de pó (PTA).

• Aplicações que exigem boa resistência ao desgaste sem cementação.

2. Qual é a resistência do aço 52100?

A resistência do aço 52100 depende muito do tratamento térmico específico aplicado.

• Resistência à tracção:

◦Pode variar de 585-620 MPa (85-90 ksi).

◦Após a têmpera em óleo a 850 °C (1560 °F), a resistência à tração varia com a temperatura de revenimento.

◦Para aplicações de matriz, a resistência à tração é listada como 80.000 psi (552 MPa) na condição recozida e 120.000 psi (827 MPa) quando temperada em óleo e revenida a 400 °F (204 °C).

• Limite de escoamento:

◦Pode ser 450 MPa (65 ksi).

◦Após a têmpera em óleo a 850 °C (1560 °F), o limite de escoamento varia com a temperatura de revenimento.

◦Para aplicações de matriz, a resistência ao escoamento é listada como 35.000 psi (241 MPa) na condição recozida e 93.000 psi (641 MPa) quando temperada em óleo e revenida a 400 °F (204 °C).

• Resistência à compressão:

◦Pode atingir 2760 MPa (400 ksi) ou 2930 MPa (425 ksi).

3. Qual é a diferença entre o aço 52100 e o 1095?

Principais diferenças resumidas:

• Teor de cromo: : 52100 contém cromo, enquanto 1095 é um aço de alto carbono simples, sem cromo significativo.

• Aplicações primárias: : 52100 é principalmente um aço para rolamentos, enquanto 1095 é um aço de alto carbono de uso geral, frequentemente usado para molas e lâminas.

• Temperabilidade:Ambos são endurecíveis, mas o teor de cromo do 52100 influencia sua resposta ao tratamento térmico.

• Resistência à corrosão: O aço 52100 oferece resistência à corrosão ligeiramente melhor que o carbono 1095 devido ao seu teor de cromo, embora nenhum dos dois seja considerado um aço resistente à corrosão.