Trincas por têmpera em aços-ferramenta: mecanismos, identificação e prevenção.

O que é trincamento por têmpera?

A fissuração por têmpera é uma falha que ocorre durante ou logo após o processo de têmpera. As fissuras geralmente se iniciam na superfície e se propagam para o interior ao longo de trajetórias longitudinais ou radiais. Uma vez formadas, as peças não podem ser recuperadas.

Por que ocorre a fissuração por têmpera?

A fissuração por têmpera ocorre quando a tensão interna gerada durante o resfriamento e a transformação excede a resistência à tração da estrutura endurecida.

Durante o resfriamento rápido, a superfície esfria e se contrai primeiro, enquanto o núcleo permanece quente, criando um gradiente de temperatura que introduz tensão mecânica em toda a seção. Ao mesmo tempo, a transformação de austenita em martensita produz expansão volumétrica. Como a superfície se transforma primeiro, ela se expande enquanto o núcleo ainda é dúctil e capaz de acomodar a deformação.

À medida que o resfriamento continua, o núcleo atinge a temperatura de transformação e começa a se expandir. Nessa fase, a superfície já se transformou em martensita rígida e não pode se deformar plasticamente. O núcleo em expansão exerce tensão de tração sobre a superfície. Quando essa tensão excede a resistência local do material, trincas se iniciam na superfície e se propagam para o interior.

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Fatores que influenciam o risco de fissuras

O risco de fissuras é controlado pela forma como a tensão é gerada e concentrada durante o resfriamento rápido.

A composição do material afeta diretamente o comportamento de transformação. Um maior teor de carbono aumenta a expansão volumétrica e diminui as temperaturas de transformação, reduzindo o relaxamento de tensão e aumentando a suscetibilidade à fissuração.

A geometria controla a extração de calor e a distribuição de tensões. Cantos vivos, rasgos de chaveta e grandes diferenças na espessura da seção criam um resfriamento não uniforme, o que concentra a tensão em locais específicos.

A condição da superfície define onde as trincas se iniciam. Marcas de usinagem, defeitos de estampagem e descontinuidades metalúrgicas atuam como concentradores de tensão. A descarbonetação superficial altera ainda mais o tempo de transformação entre a superfície e o núcleo, aumentando a incompatibilidade durante o resfriamento.

O processo de austenitização afeta a resistência estrutural. Temperaturas excessivas levam ao crescimento dos grãos, reduzindo a resistência à fratura intergranular durante o resfriamento rápido.

Identificação na prática

As fissuras de têmpera são identificadas por sua origem, morfologia e características metalúrgicas.

As trincas geralmente se iniciam na superfície e seguem os contornos de grão da austenita prévia, resultando em uma trajetória de fratura intergranular. Se o revenido ocorrer após a trinca, a oxidação no interior da trinca produz cores ou escamas características do revenido, indicando que a trinca se formou antes do revenido. Em contraste, trincas formadas após o tratamento térmico não apresentam oxidação interna.

A microestrutura circundante não apresenta descarbonetação, uma vez que o trincamento ocorre após o estágio de alta temperatura.

Prevenção e Mitigação

A prevenção concentra-se na redução da concentração de estresse e na sincronização da transformação ao longo de toda a seção.

A geometria deve ser projetada para evitar transições abruptas e grandes diferenças de espessura, a fim de promover um resfriamento uniforme. O preparo da superfície deve eliminar defeitos de usinagem e prevenir a descarbonetação durante o aquecimento.

Os métodos de têmpera devem ser selecionados para controlar a taxa de resfriamento e reduzir os gradientes de temperatura. Processos como a martêmpera permitem a equalização da temperatura antes da transformação, reduzindo significativamente a tensão interna.

O revenimento deve ser realizado imediatamente após a têmpera, enquanto o componente ainda estiver quente, para aliviar as tensões residuais e evitar o aparecimento de fissuras tardias.

Seleção de Materiais e Temperabilidade

A seleção do material controla o nível de tensão desenvolvido durante o resfriamento rápido.

Os aços de baixa temperabilidade requerem resfriamento rápido para atingir a dureza máxima, o que produz gradientes térmicos acentuados e alta tensão interna. Esses aços são adequados apenas para geometrias simples.

High-hardenability tool steels transform at slower cooling rates, allowing air or mild quenching. This reduces temperature gradients and internal stress, making them more suitable for complex shapes and large sections. The section each grade will harden through at a given quench is in the tool steel hardenability chart.