Propriedades do aço 52100: Composição, dureza e equivalentes

SAE/AISI Aço 52100 O aço 52100 é um aço-liga que ocupa posição central no campo da ciência e engenharia de materiais, particularmente na fabricação de componentes mecânicos de precisão. É considerado o aço clássico para rolamentos, e as propriedades abrangentes do aço 52100 servem como referência para a composição de outros aços similares.

Sendo um aço de alto carbono e baixo teor de cromo, a principal vantagem do aço 52100 reside em sua dureza excepcionalmente alta e resistência superior ao desgaste. Essas propriedades o tornam uma escolha indispensável para aplicações que exigem operação de longa duração e alta intensidade.

Definição de 52100: Composição Química

Sendo um aço de baixa liga, o 52100 pertence à série 5100, que consiste em aços de baixa liga com teor de carbono superior a 0,30% e adaptáveis a processos de austêmpera. É especialmente utilizado em aplicações de desgaste sem necessidade de cementação.

Tratamento de dureza e térmico

A excepcional resistência à fadiga e ao desgaste do aço 52100 resulta do seu tratamento térmico. O objetivo final do tratamento térmico é otimizar a sua microestrutura interna, transformando-o numa estrutura martensítica dura que atenda às rigorosas exigências da fadiga por contato de rolamento sob elevadas cargas.

Microestrutura e parâmetros de tratamento

O processo padrão de tratamento térmico consiste basicamente em três etapas principais:

1. Austenitização: o primeiro passo. O aço 52100 deve ser aquecido a uma faixa de temperatura muito estreita e precisa de 855 ± 5 °C. Essa faixa de temperatura garante a austenitização completa do aço e controla a quantidade de austenita retida após o resfriamento, mantendo-a em um nível aceitável. Deve-se ter especial atenção para evitar temperaturas que excedam 860 °C (1600 °F). O superaquecimento produz austenita retida em excesso, que forma facilmente martensita grosseira e acicular com microfissuras durante o resfriamento subsequente. Isso é extremamente prejudicial à resistência final e à vida útil do componente.
2. Têmpera: Imediatamente após a austenitização, realize a têmpera em óleo para obter uma estrutura martensítica de alta dureza.
3. Revenimento: O aço endurecido por têmpera torna-se duro e quebradiço, necessitando de revenimento imediato para evitar fissuras. O aço 52100 é tipicamente revenido a baixa temperatura, na faixa de 180–250 °C, para aliviar tensões internas, aumentar a tenacidade e manter alta dureza.

Após passar por todo esse conjunto de processos, o aço 52100 atinge suas propriedades ideais. Sua microestrutura consiste principalmente de uma matriz martensítica levemente revenida, carbonetos residuais uniformemente distribuídos e uma pequena quantidade de austenita retida com dureza inferior a 5%. Os carbonetos residuais não dissolvidos contribuem para uma maior resistência ao desgaste.

Níveis de dureza alvo

O aço 52100 pode atingir alta dureza por meio de tratamento térmico, um fator chave para sua adequação como aço de alto desempenho para rolamentos. Seu valor de dureza não é fixo, mas varia dentro de uma determinada faixa, dependendo da aplicação específica e do processo de tratamento térmico.

Após o tratamento térmico padrão, a dureza Rockwell (HRC) do aço 52100 normalmente varia de 55 a 60 HRC, ou de 62 a 64 HRC sob processos específicos.

Os valores de dureza também são ajustados com precisão de acordo com a aplicação final. Por exemplo, em aplicações convencionais de rolamentos, a dureza superficial é normalmente controlada em torno de 62 HRC. No entanto, na fabricação de moldes de precisão — como os utilizados na fusão a vácuo de eletrodos consumíveis — os valores de dureza são controlados com maior precisão, entre 59 e 61 HRC, para equilibrar a dureza com a vida útil do molde.

Em nível microscópico, sua dureza também apresenta variações. Pesquisas indicam que, após a usinagem, a dureza próxima à superfície do material (aproximadamente 900 HV0,025) é significativamente maior do que sua dureza interna total (aproximadamente 750 HV0,025), demonstrando o fortalecimento superficial durante a usinagem.¹.

Principais propriedades mecânicas

Módulo de elasticidade e resistência

• Rigidez: O módulo de Young, ou módulo de elasticidade, do aço 52100 é de 210 GPa.
• Resistência: A resistência do aço 52100 deve ser avaliada com base em seu tratamento térmico. No estado recozido, sua resistência é intencionalmente reduzida para facilitar a usinagem. Nessa etapa, sua resistência à tração é de aproximadamente 379 MPa e seu limite de escoamento é de cerca de 165 MPa. Quando temperado, sua resistência à ruptura atinge 590 MPa.

Tenacidade e resistência à fratura

A alta dureza geralmente é acompanhada por baixa tenacidade. Mesmo após revenido padrão a 200 °C, a tenacidade geral do aço 52100 temperado e revenido permanece baixa. Sua tenacidade à fratura (K__Ic) normalmente varia apenas entre 15–25 MPa m^1/2, indicando uma resistência relativamente baixa à propagação de trincas².

Soldabilidade

O aço AISI 52100 é altamente propenso a fissuras durante o resfriamento rápido devido ao seu alto teor de carbono, sendo, portanto, não soldável.

Graus e designações equivalentes

Sendo um material reconhecido internacionalmente, o SAE 52100 possui diversas designações equivalentes em diferentes normas nacionais e da indústria.

Perguntas frequentes