Propriedades do aço 8620: composição, dureza e aplicações

O aço 8620 (AISI/SAE 8620) é um aço-liga de níquel-cromo-molibdênio com baixo teor de carbono, fabricado para cementação. É um dos aços para cementação mais utilizados, escolhido para engrenagens, eixos, pinos e outras peças que necessitam de uma superfície dura e resistente ao desgaste sobre um núcleo tenaz e dúctil. Nas normas chinesas, corresponde ao 20CrNiMo.

O aço 8620 não é um aço ferramenta. É um aço de engenharia para cementação. Seu teor de carbono é de apenas cerca de 0,20%, portanto, não pode ser temperado completamente até atingir a dureza de um aço ferramenta. Mesmo totalmente temperado, a martensita com esse nível de carbono atinge apenas cerca de 40-45 HRC. Uma dureza superficial útil é obtida por meio da cementação, que enriquece a camada externa com carbono antes da têmpera.

Composição Química

Elemento	AISI 8620
Carbono ©	0.18–0.23%
Manganês (Mn)	0.70–0.90%
Silício (Si)	0.15–0.35%
Níquel (Ni)	0.40–0.70%
Cromo (Cr)	0.40–0.60%
Molibdênio (Mo)	0.15–0.25%
Fósforo (P)	0,035% máx.
Enxofre (S)	0,040% máx.

O níquel confere ao núcleo sua tenacidade. O cromo e o molibdênio proporcionam a temperabilidade necessária para que a camada cementada atinja a dureza superficial máxima após têmpera em óleo, e o molibdênio também reduz o risco de fragilização por revenido. Em conjunto, os componentes da liga mantêm uma estrutura de grãos finos durante todo o longo período de cementação.

Notas equivalentes

Padrão	Designação
AISI / SAE	8620
GB (China)	20CrNiMo
JIS (Japão)	SNCM220
DIN / EN	21NiCrMo2 (1,6523)

Como o código 8620 é usado

O aço 8620 é quase sempre fornecido e utilizado na condição cementada. A peça acabada possui duas zonas distintas: uma camada externa dura para resistência ao desgaste e um núcleo macio e resistente para suportar impactos e cargas de flexão.

Após um ciclo completo de cementação e revenido, o núcleo apresenta uma dureza de 30–42 HRC com boa tenacidade e ductilidade. A superfície cementada atinge 58–63 HRC, com uma profundidade de camada típica de 0,5–2,0 mm, dependendo do tempo e da temperatura de cementação.

Uma sequência típica de tratamento térmico é:

Cementação a cerca de 925°C em atmosfera rica em carbono, durante várias horas, dependendo da profundidade desejada da camada cementada.
Deixe esfriar e, em seguida, aqueça novamente a cerca de 840–870 °C para refinar os grãos.
Têmpera em óleo.
A têmpera deve ser feita a uma temperatura de aproximadamente 150–200°C para manter a camada protetora rígida.

Aplicativos

O aço 8620 é adequado para peças que necessitam de uma superfície rígida e um núcleo resistente ao mesmo tempo:

Engrenagens de transmissão automotiva
Engrenagens e pinhões diferenciais
Eixos de comando e seguidores de cames
Pinos mestres e pinos de pulso
Buchas e rolamentos
Eixos de serviço médio
Elos de corrente e pinos

O núcleo resistente suporta impactos e cargas de flexão, enquanto a camada externa rígida resiste ao desgaste e melhora a resistência à fadiga superficial. A camada cementada também apresenta tensões residuais de compressão benéficas, o que aumenta ainda mais a vida útil à fadiga.

8620 vs Aço Ferramenta

O aço 8620 e o aço ferramenta resolvem problemas diferentes. A tabela abaixo compara o aço 8620 com o aço ferramenta. D2, um aço ferramenta comum para trabalho a frio, temperado em toda a sua extensão.

Aspecto	8620 (carbonizado)	Aço para ferramentas D2
Teor de carbono	~0.20%	~1.50%
Método de endurecimento	Carburizar e depois resfriar rapidamente.	Endurecimento total (ao ar)
dureza superficial	58–63 HRC	58–60 HRC
Dureza do núcleo	30–42 HRC	58–60 HRC (igual à superfície)
Limite de profundidade de desgaste	Profundidade da caixa (máx. ~2 mm)	Ao longo de toda a seção
Retificação	Limitado, o caso é consumido	Bom, difícil durante toda a seção.
Robustez	Núcleo excelente e resistente.	Moderado
Uso principal	Engrenagens, eixos, pinos	Matrizes, punções, ferramentas de corte
Custo relativo	Inferior	Mais alto

Por que o aço 8620 não pode substituir o aço ferramenta?

A dureza de uma peça em aço 8620 está confinada à fina camada cementada, o que limita seu uso. Ela não pode ser retificada repetidamente, pois cada retificação remove parte da camada, e uma vez removida, a peça se desgasta rapidamente. Um aço ferramenta temperado em toda a sua espessura pode ser retificado diversas vezes. Pelo mesmo motivo, o aço 8620 não é adequado para ferramentas de corte: a aresta de corte tem dureza limitada pela dureza da camada cementada, portanto, com o desgaste da camada, a aresta se perde. Também não é adequado para trabalhos a quente, onde a camada cementada sofre sobretêmpera e o núcleo apresenta baixa resistência térmica, nem para matrizes de alta compressão, onde mesmo uma camada cementada de 60 HRC é muito fina para suportar cargas de conformação elevadas. O núcleo macio se deforma sob a camada cementada, causando rachaduras ou lascas na mesma.

Quando 8620 é a escolha certa

O aço 8620 é o material ideal para engrenagens e eixos que suportam cargas de flexão e impacto e que necessitam de um núcleo verdadeiramente resistente. Ele funciona bem em situações onde o desgaste se concentra na superfície, onde uma forma complexa se deformaria significativamente com a têmpera total e onde a alta resistência à fadiga é importante, visto que a camada cementada adiciona tensão residual de compressão.

Conceitos errôneos comuns

“O aço 8620 pode ser endurecido como aço ferramenta.” Não é possível. Com cerca de 0,20% de carbono, o resfriamento convencional não consegue formar martensita com dureza útil. A superfície precisa ser cementada primeiro.

“8620 é uma alternativa mais barata a O1 ou A2 para matrizes.” Não é. O núcleo macio e a carcaça fina tornam-no inadequado para matrizes ou ferramentas de corte, e uma matriz 8620 falharia rapidamente.

“8620 e D2 são semelhantes porque ambos contêm cromo.” Não são. O aço D2 contém cerca de 12% de cromo, que forma carbonetos que aumentam a resistência ao desgaste. O aço 8620 contém de 0,4% a 0,6% de cromo apenas para melhorar a temperabilidade. É o mesmo elemento, mas com finalidades e níveis muito diferentes.