Dados de qualidade do aço
Defeitos e descontinuidades em barras de aço forjado
Barras laminadas e forjadas apresentam imperfeições provenientes do lingote, da redução subsequente e de todos os processos aplicados após a conformação. Esta página reúne os tipos de defeitos ilustrados na fonte para barras laminadas, as condições do lingote que os originaram e as regras que definem quando uma descontinuidade é um defeito e quando não é.
Uma descontinuidade não é automaticamente um defeito. Os materiais fabricados sempre contêm imperfeições, e a fonte é direta quanto às consequências. Uma descontinuidade torna-se um defeito quando interfere na função e na vida útil esperada da peça. Até então, trata-se de uma característica do material que um desenho, uma norma ou um nível de aceitação acordado deve limitar.
- A distinção é importante em ambos os sentidos. Um entalhe, uma costura ou uma inclusão presente em uma superfície de fratura não comprova que causou a falha, e uma investigação que se limita à primeira imperfeição encontrada pode direcionar a ação corretiva para o local errado. O que uma superfície de fratura pode e não pode estabelecer está definido na [inserir referência/texto aqui]. gráfico de características da superfície de fratura.
- O ponto de início de uma trinca é parcialmente previsível a partir do tipo de carregamento, e a origem esperada varia com a geometria. Em uma barra sem entalhe sob tração simples, a linha central é o local provável. Sob flexão em três pontos, é o ponto de momento fletor máximo. Sob contato de rolamento, situa-se abaixo da superfície, onde se desenvolve a tensão máxima. Quando a fratura começa em outro local, isso implica que uma imperfeição geométrica ou do material deslocou a tensão máxima local.
- Essas regras são o que permitem que um comprador ou uma oficina de ferramentas leia uma barra entregue em vez de apenas uma barra reprovada. As verificações pelas quais uma remessa passa antes de partir estão definidas no página de verificação de qualidade.
Os tipos de defeitos encontrados em barras laminadas A fonte ilustra dez tipos de defeitos em uma seção de barra laminada. A lista abaixo apresenta esse conjunto, com a descrição de cada um. A terminologia para esses defeitos varia entre indústrias e locais, portanto, vale a pena verificar o nome em uma nota de rejeição em relação ao formato da barra.
| Imperfeição | O que é isso? |
|---|---|
| Inclusões | Partículas não metálicas provenientes da fusão e da fundição, espalhadas na direção de trabalho. Apontadas na fonte como uma das imperfeições mais comuns envolvidas em falhas. |
| Laminação por respingos | Respingos de metal que congelaram na parede do molde durante o vazamento e que posteriormente se transformaram em fissuras planas no produto. |
| Lascas | Pedaços soltos ou rasgados de aço que foram incorporados à superfície. |
| Crostas | O metal respingado contra a parede do molde oxidava onde aderiu e geralmente só ficava visível após a laminação, resultando em um acabamento superficial ruim. |
| Bolhas e cicatrizes | Bolsões gasosos aprisionados no lingote. Podem permanecer como defeitos superficiais ou próximos à superfície após o trabalho. |
| Escala embutida | A crosta formada durante uma operação de aquecimento anterior foi então incorporada à superfície em vez de ser removida. |
| Rachaduras | Formadas durante o resfriamento do metal no molde, com pouca ou nenhuma oxidação nas bordas, elas deixam áreas de alta tensão no produto. |
| Costuras | Descontinuidades lineares que se desenvolvem a partir de bolsas de gás alongadas aprisionadas ou de fissuras durante o trabalho. Uma linha de junção é frequentemente a forma visível que um defeito na superfície do lingote assume após a laminação. |
| voltas | O metal quente é dobrado e trabalhado na superfície sem se ligar, porque o óxido fica entre as duas superfícies. O resultado é uma descontinuidade abrupta. |
| Chevron ou rajadas internas | Rachaduras internas, invisíveis externamente, fazem delas um dos defeitos mais perigosos em uma barra de chocolate acabada. |
Fonte: Manual da ASM, Vol. 11, Análise e Prevenção de Falhas (ASM International), os dez tipos de defeitos em barras laminadas são apresentados no artigo Falhas Relacionadas à Metalurgia. A fonte observa que o conjunto não está completo; por exemplo, riscos de matriz em produtos trabalhados a frio não estão incluídos.
De onde vêm as falhas? A maioria dessas descontinuidades pode ser atribuída ao processo de vazamento e solidificação do lingote, e o restante à redução subsequente. As seis famílias abaixo são aquelas que a fonte identifica como sendo do lingote original.
| Condição da fonte | O que é isso? | Como é encontrado |
|---|---|---|
| Segregação química | Os elementos de liga e as impurezas nunca se distribuem uniformemente em uma peça fundida. A microsegregação ocorre nas regiões interdendríticas, com espessura de alguns a várias centenas de micrômetros, e pode ser removida por homogeneização. A macrosegregação se estende da superfície para o centro, piora com o aumento da espessura da seção transversal e sua remoção não é economicamente viável. O trabalho a quente quebra a estrutura da peça fundida e requer uma redução mínima, mas um lingote com segregação acentuada apenas transforma essa segregação em bandas. A Figura 3 da fonte mostra uma linha central rica em carbono em uma barra laminada de aço 1041, e a Figura 4 mostra bandas de ferrita e perlita em um aço carbono 1022. | A macroataque químico revela claramente o bandamento em uma seção transversal ou longitudinal. A estrutura bandada também pode ser vista na peça acabada e altera a forma como o aço responde ao tratamento térmico e à carga transversal à direção do bandamento. |
| Tubo de lingote, porosidade e retração da linha central | O aço encolhe cerca de 5% em volume ao solidificar, os gases aprisionados pelo metal congelado não conseguem escapar completamente e pequenas fissuras na parede do molde rasgam o metal durante a remoção. O resultado são poros e bolhas. A permanência desses elementos no produto final depende da taxa de redução e do grau de correção proporcionado pelo processo de conversão. | A macrogravura e a inspeção ultrassônica são os dois métodos que a fonte cita como os mais utilizados para identificar regiões com problemas. É aqui que o nível de aceitação ultrassônica em um pedido de compra entra em ação. |
| Alto teor de hidrogênio | O hidrogênio dissolvido no aço líquido sai da solução à medida que o lingote se solidifica, podendo causar fissuras internas. Em aços para ferramentas e em alguns aços de baixo carbono e baixa liga, o resultado é a descamação, e a desgaseificação a vácuo é o método usual para reduzir o nível de hidrogênio a um ponto que impeça a descamação. | As lascas ficam afastadas da superfície, no centro da seção, razão pela qual são encontradas em uma seção macrogravada em vez de observando-se a barra. Os mecanismos de fragilização que o hidrogênio impulsiona são coletados na Página sobre tipos de fragilização do aço. |
| Inclusões não metálicas | Inevitáveis em ligas comerciais. Algumas são matérias estranhas aprisionadas, como revestimentos refratários, e outras se formam dentro do metal quando a temperatura ou a composição mudam, razão pela qual a fusão convencional não consegue removê-las completamente. | A macroataque fornece uma boa indicação de limpeza. A cavidade deixada por uma inclusão deve ser diferenciada da cavidade deixada por uma segregação metálica, e o teste consiste na comparação de uma amostra recozida com uma amostra temperada e revenida, submetida ao mesmo processo de ataque químico. |
| Eletrodos não fundidos e prateleira | Listada na fonte entre as imperfeições que podem ser atribuídas ao lingote, juntamente com as outras mencionadas acima. | Os mesmos procedimentos de seccionamento e inspeção se aplicam. Uma seção macrogravada é barata em comparação com o custo de encontrá-la em uma ferramenta acabada. |
| Rachaduras, delaminações, costuras, cavidades, bolhas e crostas. | O grupo de superfícies e subsuperfícies, formado na parede do molde e durante a primeira redução, tem como característica comum o fato de estarem expostos à atmosfera enquanto o metal estava quente. | A presença de óxido na falha é a evidência de que ela estava aberta enquanto quente. Um ataque químico com cromato alcalino a quente revela o enriquecimento de oxigênio que comprova isso. |
Fonte: Manual da ASM, Vol. 11, imperfeições da seção sobre lingotes do mesmo artigo.
Inclusões não metálicas em mais detalhes As inclusões merecem uma seção própria porque são as imperfeições mais comuns em trabalhos malfeitos e aquela sobre a qual o comprador pode influenciar mais diretamente em um pedido de compra.
- Duas categorias são reconhecidas. A primeira é a matéria estranha aprisionada que penetra no metal durante o processo de fusão ou fundição, como, por exemplo, revestimentos refratários. A segunda se forma dentro do metal quando a temperatura ou a composição se alteram, e se separa no estado líquido ou durante a solidificação. Em aços, aluminatos e silicatos geralmente se formam antes da solidificação, enquanto os sulfetos se formam durante esse processo, com o sulfeto de manganês se depositando nas regiões interdendríticas e nos contornos de grão primários, onde o líquido se solidifica por último.
- Uma inclusão é um concentrador de tensão porque é descontínua em relação ao metal circundante e suas propriedades não são compatíveis. Inclusões frágeis que fraturam e fragmentam durante o processamento são as piores, e a fragmentação é comum em certas inclusões refratárias e de escória quando a redução da seção transversal é grande.
- A deformabilidade determina o grau de dano que uma inclusão causa a jusante. O sulfeto de manganês é altamente deformável em altas temperaturas de trabalho, alongando-se na direção de trabalho e tornando o material anisotrópico, com perdas mensuráveis em ductilidade transversal, resistência à fadiga e tenacidade à fratura. O controle da forma das inclusões visa o resultado oposto, utilizando uma modificação química, como um tratamento com cálcio ou terras raras, para que as inclusões permaneçam globulares em vez de se alongarem. Inclusões esféricas concentram menos tensões, e a fonte cita dados de fadiga e ensaio Charpy que demonstram essa melhoria.
- A natureza prejudicial de uma inclusão depende de sua composição, sua fração volumétrica, sua forma, sua orientação e suas propriedades em relação à matriz. Uma partícula dura sob carga concentra a tensão localmente em uma quantidade que depende dos módulos elásticos, do tamanho, da forma e da orientação, razão pela qual o mesmo teor de inclusões pode ser tolerável em uma peça e não em outra.
- A leitura da limpeza a partir de um ataque químico requer cuidado. Inclusões aparecem como cavidades ou orifícios após o ataque macroscópico, e essas cavidades precisam ser diferenciadas das cavidades deixadas por segregação metálica ou pelo próprio procedimento de ataque. A fonte descreve o teste, um espécime recozido e um espécime temperado e revenido, ambos atacados da mesma maneira. As cavidades de inclusão são semelhantes em ambos. As cavidades de segregação são mais proeminentes no espécime temperado.
Imperfeições superficiais resultantes da redução. O primeiro trabalho do lingote ou tarugo introduz seus próprios defeitos, alguns relacionados às falhas de fundição anteriores e outros produzidos pelo próprio trabalho.
| Imperfeição | O que é isso? |
|---|---|
| voltas | Defeitos lineares resultantes da dobra do metal quente na superfície, trabalhados, mas não unidos devido à presença de óxido entre as superfícies. O resultado é uma descontinuidade abrupta sem conexão metalúrgica ao longo dela. |
| Costuras | Descontinuidades lineares que começam como uma trinca, um aglomerado denso de inclusões não metálicas ou uma sobreposição profunda. Um orifício superficial no lingote que oxida e não consegue se regenerar simplesmente se alarga durante a laminação, transformando-se em uma fissura. |
| Lascas e laminados em escala | Durante o processo de redução, partículas soltas de aço e óxido foram incorporadas à superfície. |
| dedos de ferrite | Fissuras superficiais que foram soldadas novamente, mas que ainda contêm óxidos e sinais de descarbonetação. O defeito está fechado, mas suas consequências permanecem no metal. |
| Aletas e enchimentos excessivos | Protuberâncias formadas por redução incorreta durante o trabalho a quente. |
| Subenchimentos | Resultado do processamento incompleto da seção durante a redução. |
| rajadas internas | Rachaduras internas ocorrem onde o metal da peça é frágil, devido a tubulações, porosidade, segregação ou inclusões, e as tensões de tração durante a conformação são altas o suficiente para rompê-lo. Se a segregação deixar fases de baixo ponto de fusão no metal, essas fases também podem causar rupturas. Uma temperatura excessiva de conformação a quente agrava ainda mais o problema. |
Fonte: Manual da ASM, Vol. 11, defeitos superficiais decorrentes da redução preliminar no mesmo artigo. Temperaturas de trabalho excessivamente altas contribuem para o surgimento de explosões e outros problemas.
- Rachaduras e outros tipos de rupturas internas são o motivo pelo qual uma peça forjada ou uma barra grossa passa por uma inspeção ultrassônica antes do início de processos de usinagem dispendiosos. Defeitos externos são visíveis em uma superfície acabada, enquanto os internos não, e ambos exigem métodos de inspeção diferentes.
- A faixa de temperatura de forjamento na qual uma determinada classe de metal é trabalhada está definida no... guia de temperatura para forjamento de aço ferramenta, E os defeitos que uma operação de trabalho a quente pode causar, incluindo dobras e rupturas, fazem parte daquilo que um procedimento de forjamento visa evitar.
Defeitos adicionados após a formação A barra que sai da fábrica com som característico ainda pode ser danificada pelos processos aplicados posteriormente. A fonte lista as operações e os defeitos que cada uma pode introduzir, e a lista funciona como um checklist para um roteiro de produção.
| Processo | Defeitos que pode introduzir |
|---|---|
| Galvanoplastia | Fragilização por hidrogênio, corrosão galvânica. |
| Tratamento térmico | Crescimento excessivo de grãos, queima dos contornos de grão, estrutura quebradiça, carbonização, descarbonetação, fissuras de têmpera. |
| Limpeza eletrolítica | Corrosão. |
| Endurecimento superficial, nitretação, cementação, revestimento duro anódico | Espessura excessiva da camada, microfissuras, material fragilizado nos pontos de concentração de tensão. |
| Usinagem | Marcas de ferramentas, fissuras de retificação. |
| Soldagem | Defeitos no metal de solda, fissuras induzidas por hidrogênio, inclusões, estrutura inadequada. |
Fonte: Manual da ASM, Vol. 11, defeitos que podem resultar de processos de pós-conformação.
- Duas das opções são as que um comprador de aço para ferramentas encontra com mais frequência. O tratamento térmico pode deixar uma camada superficial descarbonetada ou carbonetada, e ambas alteram o desempenho da ferramenta em sua superfície. A usinagem pode deixar marcas de ferramenta e trincas de retificação, que atuam como concentradores de tensão sob carga.
- A descarbonetação é comprada e vendida como uma profundidade, e a sobremedida de usinagem padrão em produtos laminados existe em parte para removê-la. As sobremedidas por seção estão tabeladas na tabela de tolerância de usinagem.
- Os padrões de falha que esses defeitos de pós-formação produzem em serviço, e a forma como cada um é reconhecido, são analisados caso a caso no Página de análise de falhas de ferramentas e matrizes.
Taxa de redução e centro de som
As falhas de fundição são corrigidas ou perpetuadas pela quantidade de trabalho a quente a que o material é submetido. Grandes seções que recebem redução limitada são onde um centro defeituoso persiste, razão pela qual a pergunta é feita em relação à barra e ao tarugo, e não às ferramentas acabadas.
O que escrever em uma ordem de compra
Grau, condição, tamanho e tolerância são a parte visível. Condição da superfície, profundidade de descarbonetação, nível de aceitação ultrassônica e exigência de certificado são os fatores que determinam se uma descontinuidade interna é problema seu ou da usina.
Quando uma lasca ou um estilhaço ocorre após um defeito.
As arestas submetidas a impacto falham de maneira diferente daquelas submetidas a uma sobrecarga simples, e algumas lascas começam em uma trinca que já existia na ferramenta. Os mecanismos, coeficientes e limites de dureza são coletados em [link para o artigo/referência]. desgaste por impacto e lascamento da página.
Quando o defeito já existia antes da manutenção.
A presença de escamas ou óxido em uma trinca comprova que ela já estava aberta enquanto o metal estava quente, o que indica que foi usinada na fábrica ou na forja, e não na prensa. Uma trinca que se abriu durante a têmpera tem sua própria assinatura, registrada na peça. página de rachaduras de resfriamento.
Confirme antes de fornecer um orçamento.
Esta página descreve as práticas gerais de fabricação e trabalho com aço para fins de referência. Os limites de aceitação para uma barra entregue são definidos pela norma ou pelo desenho que rege seu pedido e devem ser acordados antes da produção, em vez de serem discutidos após a entrega.
A discontinuity on a failed part is not by itself a root cause. Where the question is whether a defect caused a failure, the answer comes from analysis of the part, its processing record and its service history.
Páginas de referência relacionadas
Tool steel heat treatment guide · Aço ferramenta ESR · Hardness testing methods · Aços para ferramentas de trabalho a frio · Aços para ferramentas de trabalho a quente · Tool steel supply
Source: ASM Handbook, Volume 11, Failure Analysis and Prevention (ASM International), article Failures Related to Metalworking, the imperfections in wrought forms, imperfections from the ingot, nonmetallic inclusions, forging imperfections and postforming defect sections. Reference data for general understanding only. Confirm the acceptance criteria for your own order against the governing standard. Aobo Steel supplies tool steel in the annealed condition.