Galling de Aços Inoxidáveis e Quanto Estresse É Necessário

O estresse limiar de galling, grau por grau

No ensaio button on block, um botão carregado é rotacionado contra um bloco do mesmo material até a superfície rasgar, e o estresse de contato no qual isso acontece é o estresse limiar de galling. Um número mais alto é melhor. As entradas marcadas como não galling percorreram toda a faixa do ensaio sem rasgar, razão pela qual compartilham um único valor, e as duas colunas de unidades são reproduzidas conforme a fonte as imprime. A dureza é dada conforme a fonte a fornece, em Rockwell B ou Rockwell C.

Tensão limiar de engripamento de aços inoxidáveis autoconjugados no ensaio button on block, ASTM G98, acabamento retificado sem lubrificação, reproduzido do ASM Handbook, Volume 18. As entradas marcadas com (a) não engriparam dentro da faixa do ensaio. Os valores são impressos como constam na fonte.

O que o ranking diz

Entre os graus austeníticos, as ligas de cromo-manganês-nitrogênio superam as ligas de cromo-níquel de dureza semelhante. S28200, S20161 e S21800 apresentam os maiores limiares da família, enquanto N08020, a liga rica em níquel, apresenta o menor, com 14 MPa. A fonte atribui isso a dois efeitos de liga. O níquel é prejudicial à resistência ao engripamento e o silício é benéfico, o que explica ambas as extremidades da tabela. O Tipo 303, o grau de usinagem livre, situa-se alto, com 138 MPa, por razões de sua própria química e de sua superfície usinada, e é o lembrete útil de que um grau escolhido por uma propriedade traz outras propriedades consigo.

Endurecer um grau austenítico por trefilação a frio piora sua resistência ao engripamento, não melhora. O Tipo 304 cai de 55 MPa recozido a 86 HRB para 17 MPa trefilado a frio a 27 HRC, e o S28200 cai de 166 MPa para 62 MPa na mesma mudança. Esta é a linha mais contraintuitiva da tabela, e decorre do mecanismo. A resistência ao engripamento nessas ligas vem da capacidade de endurecer por deformação exatamente no contato, e um grau que já foi trabalhado a frio gastou essa capacidade antes de a peça entrar em serviço.

Entre os graus martensíticos, maior dureza de trabalho não produz por si só um limiar mais alto, e as duas condições do Tipo 420 mostram isso claramente. Revenido a 204 C para 51 HRC, retorna 25 MPa, e revenido a 260 C para 49 HRC, retorna 55 MPa, de modo que a condição mais macia é a melhor. O Tipo 440C a 55 HRC é a entrada martensítica mais forte, com 125 MPa, o que corresponde à sua reputação como aço inoxidável para ferramenta em contato deslizante. O S42010 não engripou a 50 HRC, e o número de dureza sozinho não teria previsto isso.

Os graus de endurecimento por precipitação seguem sua temperatura de envelhecimento, e não seu teor de liga. O S45500 perde limiar de forma constante à medida que a temperatura de envelhecimento sobe, de 90 MPa a 510 C para 59 MPa a 566 C e 28 MPa a 621 C, e o S45000 faz o mesmo, de 69 MPa para 14 MPa. Uma peça reenvelhecida a temperatura mais alta para ganhar ductilidade abre mão de resistência ao engripamento ao fazê-lo.

Uma premissa de projeto que não resiste aos dados

Uma regra prática comum é que uma grande diferença de dureza entre duas peças conjugadas evita o engripamento. Os dados de desgaste publicados não a sustentam. Testados contra seis ligas de contrafaces diferentes, o Tipo 440C a 57 HRC e o S21800 a 95 HRB revelaram-se boas escolhas independentemente da dureza do material contra o qual operaram. A escolha da liga melhor, e não o tamanho da diferença de dureza, é o que decide o resultado. Dentro de um mesmo grau, a dureza ainda importa, e o mesmo ensaio mostra o Tipo 440C perdendo 0,7 mm3 a 56 HRC e 44,1 mm3 a 26,5 HRC, de modo que o tratamento de endurecimento não é opcional depois de escolhido o grau.

Os graus austeníticos que endurecem por deformação mais rapidamente são os que melhor resistem ao desgaste adesivo, razão pela qual S20161 e S21800 ocupam o topo do ranking de desgaste adesivo no ensaio de cilindros cruzados e pela qual o Tipo 410 martensítico a 24,5 HRC ocupa a base dele. O mesmo ranking coloca um aço-ferramenta comum na frente do grupo.

Ranking relativo de resistência ao desgaste adesivo de materiais trabalhados, reproduzido do ASM Handbook, Volume 18. A perda de peso é em miligramas por mil ciclos no ensaio de cilindros cruzados, ASTM G83, a 71 N. O aço-ferramenta D2 a 61 HRC é a melhor entrada da tabela, à frente da liga de revestimento duro à base de cobalto na terceira linha.

A temperatura muda a resposta

O desgaste adesivo não é uma propriedade fixa de um par, porque tanto o filme de óxido quanto a tensão de escoamento mudam com a temperatura. O S21800 melhora à medida que a junta opera mais quente, com sua perda de volume caindo de 2,6 mm3 a 80 C para 2,2 mm3 a 315 C e 1,3 mm3 a 540 C, e o Tipo 304 mantém um nível semelhante em toda a mesma faixa. O Tipo 410 comporta-se de maneira oposta. A 95 HRB, perde 282,8 mm3 a 80 C, e endurecê-lo a 40 HRC reduz isso para 42,1 mm3, o que é o argumento para endurecer um grau martensítico mesmo onde o limiar de engripamento indica que o revenido mais macio é melhor. A liga de revestimento duro à base de cobalto na mesma série começa baixa e sobe com a temperatura, razão pela qual não é a resposta automática em toda faixa de calor.

O que fazer com uma ferramenta inoxidável que agarra

Medidas contra o desgaste por aderência em ferramentas de aço inoxidável e peças conjugadas, do ASM Handbook, Volume 18. Os métodos de ensaio publicados por trás da tabela são o ensaio de triagem button on block e, para conexões roscadas, um ensaio de montagem e desmontagem na conexão real.

Onde a peça é um aço ferramenta em vez de uma peça inoxidável, o mesmo mecanismo determina o grau e a resposta está apresentada em a página de aços resistentes ao desgaste adesivo. Os dois aços ferramenta inoxidáveis que carregam esses dados em uma ferramentaria são Aço inoxidável 440C, o limite mais alto da família martensítica, e Aço inoxidável 420, que precisa do revenido correto para dar seu melhor resultado.

Graus e estoque

O aço ferramenta inoxidável é comprado por duas propriedades ao mesmo tempo, e o desgaste ou o desgaste por aderência é apenas a primeira. O lado da corrosão está apresentado em o gráfico de resistência à corrosão do aço inoxidável, o lado da composição em a tabela de composição de inoxidáveis, e a página de sensitização aborda o que o calor faz com o cromo em serviço.

Onde o dano na peça é uma mancha ou uma pite em vez de uma superfície rasgada, o mecanismo é diferente e o diagnóstico está em a página de corrosão por pite, com o caso de fresta em corrosão por fresta em aço para molde. Onde a superfície rasgou porque duas peças estavam sofrendo fretting em vez de deslizamento, o padrão é descrito em a página de desgaste por fretting, e onde um molde falhou por um motivo diferente da aderência da peça de trabalho a ele, a lista de mecanismos está em a página sobre mecanismos de desgaste e falha de matrizes.

Fonte: ASM Handbook, Volume 18, Friction, Lubrication, and Wear Technology, ASM International, 1992.