Tamanho de Seção para Austêmpera e Gráfico de Dureza da Bainita

Tamanho máximo de seção que pode ser austemperado para uma dada análise de carbono e manganês, com a dureza que a bainita atinge em relação à martensita fresca no mesmo aço. Um resumo de referência da prática publicada e não uma especificação da Aobo Steel.

O que a austêmpera faz

A austêmpera resfria o aço em um banho mantido acima da temperatura em que a martensita começa a se formar, mantém-no ali até que a austenita se transforme em bainita, e então o deixa esfriar até a temperatura ambiente. O banho é normalmente um banho de sal quente. Como o aço nunca passa pela faixa de martensita durante a manutenção, nenhuma martensita fresca se forma, e a peça sai com uma estrutura bainítica juntamente com a baixa distorção que um resfriamento uniforme e moderado proporciona. A dureza é definida pela própria temperatura do banho, e não por uma etapa separada de revenimento. Um banho próximo da temperatura de início da martensita forma bainita inferior, que é a mais dura das duas formas, e um banho bem acima dela forma bainita superior, que é mais macia.

O limite do processo é a temperabilidade. A seção precisa resfriar da temperatura de austenitização passando pelo nariz do diagrama de transformação e atingir o banho antes que qualquer perlita se forme, então um aço com temperabilidade fraca só pode ser austemperado em seções finas. O manganês é a alavanca mais barata para isso, razão pela qual os limites de tamanho de seção na tabela abaixo são agrupados por carbono e manganês juntos. O tratamento também exige um resfriamento rápido o suficiente para evitar o nariz e um resfriamento posterior lento, e essas duas exigências se tornam mais restritivas entre si à medida que a seção engrossa.

O que faz o processo funcionar é a temperatura de manutenção, porque ela decide qual das duas bainitas é formada e como o carboneto acaba distribuído. O esquema abaixo mostra a diferença. Na parte superior da faixa, o carbono que a ferrita rejeita ainda pode difundir para fora, e os carbonetos acabam nas películas de austenita entre as placas; mais abaixo, essa difusão é lenta demais, os carbonetos permanecem dentro das placas, e a estrutura é a mais resistente das duas.

Em um diagrama tempo-temperatura o processo é fácil de ver: a peça é mantida na baía entre o nariz perlítico e o início da martensita até que a reação bainítica tenha se completado.

Tamanho máximo de seção que pode ser austemperado

Limite de tamanho de seção por carbono e manganês

%C	%Mn	HRC máx.	Diâmetro máx. (in)	Espessura máx. de chapa (in)
0.95-1.05	0.30-0.50	57-60	0.148	0.118
0.95-1.05	0.60-0.90	57-60	0.187	0.150
0.80-0.90	0.30-0.50	55-58	0.156	0.125
0.80-0.90	0.60-0.90	55-58	0.218	0.174
0.60-0.70	0.60-0.90	53-56	0.187	0.150
0.60-0.70	0.90-1.20	53-56	0.281	0.225
0.60-0.70	1.60-2.00	53-56	0.625	0.50
1.0 + 0.4-0.6 Cr	0.40-0.60	57-60	0.312	0.250

Fonte, Tabela 12.2 na fonte. A tabela é reproduzida com o próprio valor da fonte para o maior diâmetro e espessura de chapa que podem ser totalmente austemperados.

A fonte indica o primeiro intervalo de carbono como .95-1.05 e o sexto intervalo de manganês como 0.0.90-1.20. Ambos estão apresentados acima em suas formas corrigidas e nenhum valor foi alterado. Os diâmetros e as espessuras de chapa estão em polegadas. A coluna de HRC máximo é a dureza que a própria bainita atinge, não a dureza de uma peça temperada.

Se um grau pode ou não ser austemperado é uma questão sobre seu diagrama de transformação e não sobre sua dureza. Quatro graus nos mesmos eixos:

Dureza que a bainita pode atingir

Martensita fresca versus bainita máxima

Aço	Rc da martensita	Rc máx. da bainita
10113	65	62
1095	66	58
1080	66	57
1060	65	53
1050	62	48

Fonte, Tabela 12.1 na fonte.

A primeira designação é impressa como 10113 na fonte e não corresponde a um número AISI padrão. A linha é reproduzida conforme publicada. Rc é a dureza Rockwell C da estrutura conforme formada, antes de qualquer revenimento.

A segunda tabela é a razão pela qual a austêmpera não é uma rota para dureza máxima. Para a mesma análise, a bainita mais dura fica entre dois e sete pontos abaixo da martensita fresca, e a diferença aumenta à medida que o carbono cai. Acima de aproximadamente 40 HRC, uma peça austemperada é geralmente relatada como mais tenaz do que uma peça temperada e revenida na mesma dureza, e abaixo dessa dureza a condição temperada e revenida é tão boa ou melhor, então o processo é normalmente direcionado para a faixa superior. Estruturas mistas de bainita e martensita elevam a dureza além do teto da bainita, e são obtidas interrompendo a manutenção em vez de apenas alterar a temperatura do banho.

Dados de referência relacionados

A sequência de têmpera e revenimento para os graus que fornecemos está em guia de tratamento térmico de aço ferramenta, e as temperaturas das quais o processo parte estão em tabela de têmpera e revenimento de aço para ferramentas. O caso claro para austêmpera em um aço de têmpera total é o Aço para rolamentos 52100 usado para pistas de rolamentos, onde o tratamento é escolhido para conter a distorção, e os graus de trabalho a frio que mantemos e fornecemos, como aço ferramenta D2 são geralmente levados por uma rota diferente. O que acontece quando uma estrutura bainítica ou martensítica sai errada é abordado em Tabela de solução de problemas de tratamento térmico de aço para ferramentas.

Fonte: Metallurgy of Steel for Bladesmiths and Others Who Heat Treat and Forge Steel (John D. Verhoeven).