{"id":21502,"date":"2026-10-09T20:56:40","date_gmt":"2026-10-09T12:56:40","guid":{"rendered":"https:\/\/aobosteel.com\/?page_id=21502"},"modified":"2026-10-16T02:28:15","modified_gmt":"2026-10-15T18:28:15","slug":"grain-boundary-carbide-embrittlement-tool-steel","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/aobosteel.com\/pt\/grain-boundary-carbide-embrittlement-tool-steel\/","title":{"rendered":"Resfriamento Lento e Fragiliza\u00e7\u00e3o por Carboneto no Contorno de Gr\u00e3o em A\u00e7o Ferramenta"},"content":{"rendered":"

Resfriamento Lento e Fragiliza\u00e7\u00e3o por Carboneto no Contorno de Gr\u00e3o em A\u00e7o Ferramenta<\/h1>\n\n\n\n

Um a\u00e7o ferramenta atinge sua dureza de trabalho facilmente. Os graus usados para ferramentas t\u00eam alta temperabilidade, e a dureza ap\u00f3s a t\u00eampera \u00e9 obtida em uma ampla faixa de taxas de resfriamento, mesmo quando a pr\u00e1tica de t\u00eampera \u00e9 inadequada. O que a pr\u00e1tica inadequada custa \u00e9 tenacidade, e a perda fica registrada nos contornos de gr\u00e3o austen\u00edticos pr\u00e9vios. Uma t\u00eampera lenta d\u00e1 aos carbonetos de liga dissolvidos durante a austenitiza\u00e7\u00e3o o tempo para precipitar novamente como um filme entre os gr\u00e3os, e tamb\u00e9m altera o produto da transforma\u00e7\u00e3o de martensita para bainita. Ambos os efeitos fragilizam a ferramenta, e ambos pioram \u00e0 medida que a se\u00e7\u00e3o aumenta. Esta p\u00e1gina apresenta o que \u00e9 o filme de carboneto, como o tamanho da se\u00e7\u00e3o e a temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o determinam quanto dele se forma, e o que a fonte mediu em um grau real.<\/p>\n\n\n\n

A dureza sozinha n\u00e3o prova que a t\u00eampera foi correta<\/h2>\n\n\n\n

Os a\u00e7os ferramenta geralmente t\u00eam alta temperabilidade. A dureza ap\u00f3s a t\u00eampera \u00e9 atingida mesmo se um procedimento inadequado tiver sido aplicado, e uma dureza acima de 500 HV, cerca de 49 HRC, \u00e9 obtida em uma ampla faixa da curva de transforma\u00e7\u00e3o por resfriamento cont\u00ednuo, incluindo resfriamento ao ar para alguns graus. A dureza \u00e9 necess\u00e1ria, e n\u00e3o \u00e9 suficiente para o desempenho que uma ferramenta precisa. A fonte afirma o ponto diretamente. A t\u00eampera deve ser tratada como um processo para produzir as propriedades mec\u00e2nicas requeridas, e n\u00e3o apenas como a etapa que atinge uma dureza especificada.<\/p>\n\n\n\n

O filme de carboneto que se forma no resfriamento<\/h2>\n\n\n\n

A austenitiza\u00e7\u00e3o dissolve carbonetos de liga, e quanto maior a temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o, mais deles se dissolvem. No resfriamento o processo ocorre ao contr\u00e1rio. O carbono e a liga que entraram em solu\u00e7\u00e3o t\u00eam que sair novamente, e saem nos locais onde a energia \u00e9 mais alta, que s\u00e3o os contornos de gr\u00e3o austen\u00edticos pr\u00e9vios. O que se forma ali \u00e9 um filme de carboneto entre os gr\u00e3os. O filme enfraquece a interface, e um contorno de gr\u00e3o enfraquecido \u00e9 onde uma trinca come\u00e7a e como ela se propaga.<\/p>\n\n\n\n

No diagrama de transforma\u00e7\u00e3o por resfriamento cont\u00ednuo a precipita\u00e7\u00e3o \u00e9 marcada por linhas tracejadas, e a posi\u00e7\u00e3o dessas linhas \u00e9 o aviso pr\u00e1tico. Aumentar a temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o as desloca para a esquerda, o que significa que o filme de carboneto come\u00e7a a se formar em taxas de resfriamento que anteriormente teriam sido r\u00e1pidas o suficiente para evit\u00e1-lo. Uma t\u00eampera adequada para uma condi\u00e7\u00e3o de austenitiza\u00e7\u00e3o n\u00e3o \u00e9 adequada para uma mais quente.<\/p>\n\n\n\n

Duas assinaturas identificam este dano em uma pe\u00e7a falhada. A primeira \u00e9 um ataque muito forte nos contornos de gr\u00e3o austen\u00edticos pr\u00e9vios, porque a interface entre carboneto e a\u00e7o corr\u00f3i mais facilmente que a matriz ao redor. A segunda aparece nos casos mais severos, onde a pr\u00f3pria fratura \u00e9 intergranular e corre ao longo dos antigos contornos de gr\u00e3o em vez de atrav\u00e9s dos gr\u00e3os.<\/p>\n\n\n\n

Ao microsc\u00f3pio, o filme de carboneto aparece como uma rede cont\u00ednua nos contornos de gr\u00e3o austen\u00edticos pr\u00e9vios.<\/p>\n\n\n\n

\"Carbides
Fig. 7.28. Carbonetos precipitados nos contornos de gr\u00e3o de uma camada cementada de 15CrNi6, micrografia \u00f3ptica. A rede segue os contornos de gr\u00e3o austen\u00edticos pr\u00e9vios, que \u00e9 o caminho percorrido por uma trinca em servi\u00e7o. O exemplo \u00e9 de um a\u00e7o para cementa\u00e7\u00e3o e n\u00e3o de um a\u00e7o-ferramenta, mas o mesmo carboneto de contorno de gr\u00e3o forma-se em a\u00e7os-ferramenta que s\u00e3o resfriados lentamente atrav\u00e9s da faixa de precipita\u00e7\u00e3o de carbonetos. Fonte: J. Grosch, Heat Treatment with Gaseous Atmospheres, in Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies (G.E. Totten, ed.), CRC Press, 2006, Fig. 7.28.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Bainita em vez de martensita<\/h2>\n\n\n\n

O resfriamento lento tem uma segunda consequ\u00eancia, e ela atua na mesma dire\u00e7\u00e3o. Se a taxa de resfriamento cair o suficiente, o produto da transforma\u00e7\u00e3o \u00e9 bainita em vez de martensita, e a bainita tem tenacidade menor que a martensita na mesma dureza. A precipita\u00e7\u00e3o necess\u00e1ria para o endurecimento secund\u00e1rio \u00e9 pouco afetada, ent\u00e3o a ferramenta ainda pode revenir at\u00e9 a dureza especificada carregando uma estrutura que trinca facilmente. A leitura de dureza sai dentro da especifica\u00e7\u00e3o e a tenacidade n\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

O tamanho da se\u00e7\u00e3o trabalha contra a t\u00eampera<\/h2>\n\n\n\n

Uma se\u00e7\u00e3o maior resfria mais lentamente no mesmo meio, e o n\u00facleo de um bloco grande resfria mais lentamente que sua superf\u00edcie. A fonte mediu isso em H13 com corpos de prova Charpy V-notch resfriados a taxas que simulam o n\u00facleo de uma barra redonda de 150 mm e de 300 mm, juntamente com um corpo de prova de 25 mm resfriado ao ar, cada um em v\u00e1rias temperaturas de austenitiza\u00e7\u00e3o. A tenacidade caiu \u00e0 medida que a temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o subiu e que a se\u00e7\u00e3o simulada cresceu, e ambas essas mudan\u00e7as reduzem a taxa de resfriamento. Os ensaios foram realizados \u00e0 temperatura ambiente e a 425 °C, e a ordem das tr\u00eas condi\u00e7\u00f5es se mant\u00e9m em ambos.<\/p>\n\n\n\n

Condi\u00e7\u00e3o simulada<\/th>Taxa de resfriamento<\/th>Tenacidade em rela\u00e7\u00e3o a um pequeno corpo de prova resfriado ao ar<\/th>O que significa para uma pe\u00e7a real<\/th><\/tr><\/thead>
25 mm, resfriado ao ar<\/td>A mais r\u00e1pida das tr\u00eas<\/td>A mais alta das tr\u00eas<\/td>A condi\u00e7\u00e3o em que uma ferramenta pequena pode ser temperada.<\/td><\/tr>
N\u00facleo de uma barra redonda de 150 mm<\/td>Mais devagar<\/td>Menor, e menor ainda \u00e0 medida que a temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o sobe<\/td>Um bloco m\u00e9dio j\u00e1 est\u00e1 em risco no n\u00facleo.<\/td><\/tr>
N\u00facleo de uma barra redonda de 300 mm<\/td>A mais lenta das tr\u00eas<\/td>A mais baixa<\/td>Nem mesmo um meio de t\u00eampera forte pode proteger o n\u00facleo de um bloco grande.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Tenacidade Charpy V-notch do H13 resfriado a taxas que simulam o n\u00facleo de barras redondas, \u00e0 temperatura ambiente e a 425 °C. A queda na tenacidade na maior se\u00e7\u00e3o \u00e9 a raz\u00e3o pela qual ferramentas pesadas s\u00e3o sens\u00edveis \u00e0 fragiliza\u00e7\u00e3o no n\u00facleo.<\/em><\/p>\n\n\n\n

O que um estudo de tratamento t\u00e9rmico controlado mediu em H13<\/h2>\n\n\n\n

A fonte submeteu o mesmo grau a tr\u00eas condi\u00e7\u00f5es de endurecimento, todas visando 45 HRC, e mediu a tenacidade ao impacto em cada uma. A primeira \u00e9 o tratamento recomendado, endurecimento a 1020 °C com revenimento duplo a 610 °C. A segunda simula um forno que s\u00f3 consegue atingir 900 °C, ent\u00e3o o a\u00e7o \u00e9 austenitizado a 890 °C e revenido a 250 °C para manter a dureza. A terceira simula a temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o de um a\u00e7o r\u00e1pido, 1150 °C, com revenimento elevado a 640 °C para trazer a dureza de volta a 45 HRC.<\/p>\n\n\n\n

Condi\u00e7\u00e3o<\/th>Endurecimento<\/th>Revenimento<\/th>Tenacidade em rela\u00e7\u00e3o ao tratamento recomendado<\/th>O que mais mudou<\/th><\/tr><\/thead>
Recomendado<\/td>1020 °C<\/td>610 °C, duas vezes por 2 h<\/td>A condi\u00e7\u00e3o de refer\u00eancia<\/td>A estrutura para a qual o grau \u00e9 especificado.<\/td><\/tr>
Austenitiza\u00e7\u00e3o baixa<\/td>890 °C<\/td>250 °C<\/td>Queda de cerca de 40 por cento<\/td>A transforma\u00e7\u00e3o incompleta da austenita deixa uma estrutura heterog\u00eanea, e a taxa de amolecimento em servi\u00e7o \u00e9 cerca de seis vezes a esperada.<\/td><\/tr>
Alta austenitiza\u00e7\u00e3o<\/td>1150 °C<\/td>640 °C<\/td>Redu\u00e7\u00e3o de cerca de 90 por cento<\/td>Gr\u00e3os de austenita grosseiros, ASTM 3 a 4 contra os 7 a 10 que o grau deveria apresentar, com carboneto proeutetoide nos contornos de gr\u00e3o.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Tenacidade ao impacto medida em H13 temperado a 45 HRC sob tr\u00eas condi\u00e7\u00f5es de t\u00eampera. Ambas as alternativas perdem tenacidade sem qualquer ganho na dureza que era o objetivo.<\/em><\/p>\n\n\n\n

A condi\u00e7\u00e3o de alta temperatura merece uma leitura cuidadosa, porque faz uma coisa \u00fatil e uma coisa que n\u00e3o \u00e9. Dissolver mais carboneto coloca mais liga em solu\u00e7\u00e3o, o que refor\u00e7a o endurecimento secund\u00e1rio, ent\u00e3o a temperatura de revenimento tem que ser elevada em cerca de 30 °C para atingir a mesma dureza. Isso \u00e9 um ganho real em resist\u00eancia ao revenimento. \u00c9 comprado com um tamanho de gr\u00e3o grosseiro e um filme de carboneto nos contornos de gr\u00e3o, e esses custam muito mais tenacidade do que a resist\u00eancia vale.<\/p>\n\n\n\n

O a\u00e7o r\u00e1pido tem uma janela mais estreita<\/h2>\n\n\n\n

Os a\u00e7os r\u00e1pidos s\u00e3o o caso extremo, porque suas temperaturas de t\u00eampera ficam pr\u00f3ximas ao solidus. A margem \u00e9 inferior a 50 °C. O M2 \u00e9 normalmente temperado a cerca de 1200 °C. Acima de cerca de 1220 °C o a\u00e7o perde tenacidade sem ganhar dureza, e acima de cerca de 1240 °C forma-se l\u00edquido nas \u00e1reas ricas em carboneto da microestrutura e o a\u00e7o \u00e9 arruinado. Em um grau como este a temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o n\u00e3o \u00e9 um par\u00e2metro a ser negociado, \u00e9 um limite a ser respeitado.<\/p>\n\n\n\n

Pr\u00e1tica que evita a fragiliza\u00e7\u00e3o<\/h2>\n\n\n\n

Tudo decorre de evitar uma t\u00eampera lenta. Os a\u00e7os ferramenta para trabalho a quente eram tradicionalmente temperados em \u00f3leo, e hoje o tratamento t\u00e9rmico a v\u00e1cuo com t\u00eampera por nitrog\u00eanio pressurizado \u00e9 comum. Na rota a v\u00e1cuo a taxa de resfriamento \u00e9 definida pela press\u00e3o do nitrog\u00eanio e pela circula\u00e7\u00e3o do g\u00e1s, e o controle tem que estar correto em ambas as dire\u00e7\u00f5es. Uma t\u00eampera muito forte, ou irregular, distorce a ferramenta ou a trinca completamente. Uma t\u00eampera muito lenta fragiliza os contornos de gr\u00e3o. A fonte aponta para a orienta\u00e7\u00e3o da North American Die Casting Association para H13, que cobre a pr\u00e1tica de t\u00eampera a v\u00e1cuo e o uso de corpos de prova para testes destrutivos ap\u00f3s o tratamento.<\/p>\n\n\n\n

A segunda alavanca \u00e9 a ordem das opera\u00e7\u00f5es. O risco de fragiliza\u00e7\u00e3o no n\u00facleo aumenta com o tamanho da se\u00e7\u00e3o, ent\u00e3o uma ferramenta pesada com grava\u00e7\u00f5es profundas deve ser tratada termicamente ap\u00f3s a usinagem de desbaste e n\u00e3o antes, para que o n\u00facleo fragilizado n\u00e3o seja o material do qual as superf\u00edcies de trabalho s\u00e3o cortadas. Os moldes de fundi\u00e7\u00e3o sob press\u00e3o s\u00e3o geralmente tratados termicamente ap\u00f3s a usinagem, e mesmo assim a taxa de resfriamento na regi\u00e3o superficial tem que ser controlada, porque em um molde a superf\u00edcie \u00e9 a regi\u00e3o que tem que sobreviver \u00e0 fadiga t\u00e9rmica.<\/p>\n\n\n\n

Pr\u00e1tica<\/th>O que ela controla<\/th>O que d\u00e1 errado sem ela<\/th><\/tr><\/thead>
Controle da taxa de resfriamento em forno a v\u00e1cuo<\/td>Press\u00e3o do g\u00e1s e circula\u00e7\u00e3o do g\u00e1s<\/td>Muito forte e muito irregular, distor\u00e7\u00e3o ou trincas. Muito lento, um filme de carboneto nos contornos de gr\u00e3o e bainita no n\u00facleo.<\/td><\/tr>
Tratamento t\u00e9rmico ap\u00f3s usinagem de desbaste<\/td>Onde o n\u00facleo fragilizado acaba<\/td>Tratar termicamente a ferramenta acabada deixa o material fragilizado na regi\u00e3o de trabalho.<\/td><\/tr>
Teste de corpos de prova ap\u00f3s a t\u00eampera<\/td>Se o tratamento realmente produziu as propriedades<\/td>A dureza sozinha aprova um tratamento que n\u00e3o tem mais tenacidade.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

As tr\u00eas pr\u00e1ticas que a fonte fornece para ferramentas pesadas. Cada uma \u00e9 voltada para o mesmo risco, que a dureza esteja dentro da especifica\u00e7\u00e3o enquanto a tenacidade se foi.<\/em><\/p>\n\n\n\n

\n

Resfriamento lento e fragiliza\u00e7\u00e3o por carboneto nos contornos de gr\u00e3o, PDF para impress\u00e3o<\/strong><\/p>\n\n

O filme de carboneto que se forma nos contornos de gr\u00e3o de austenita pr\u00e9via em um resfriamento lento, o efeito do tamanho da se\u00e7\u00e3o e da temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o, a tenacidade medida em H13 sob tr\u00eas condi\u00e7\u00f5es de t\u00eampera, e a pr\u00e1tica que a evita, em uma folha de refer\u00eancia com nossos dados de contato.<\/p>\n\n

\n
Baixar PDF, 374 KB<\/a><\/div>\n\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Onde isso deixa uma consulta sobre a\u00e7o ferramenta<\/h2>\n\n\n\n

Os meios de resfriamento e as taxas de resfriamento que eles produzem est\u00e3o reunidos na p\u00e1gina de t\u00eampera e taxas de resfriamento do H13<\/a>, e as trincas que um resfriamento r\u00e1pido abre est\u00e3o na p\u00e1gina de trincas de t\u00eampera<\/a>. A microestrutura que um a\u00e7o ferramenta deve apresentar ap\u00f3s um resfriamento correto est\u00e1 na p\u00e1gina de microestrutura do H13<\/a> e o p\u00e1gina de microconstituintes ap\u00f3s a t\u00eampera<\/a>. A bainita e sua dureza em cada tamanho de se\u00e7\u00e3o est\u00e3o no gr\u00e1fico de aust\u00eampera e bainita<\/a>. A tenacidade que os graus devem manter est\u00e1 no gr\u00e1fico de tenacidade ao impacto<\/a> e o gr\u00e1fico de tenacidade \u00e0 fratura<\/a>, e a janela de austenitiza\u00e7\u00e3o para os graus de trabalho a quente e a\u00e7o r\u00e1pido est\u00e1 na p\u00e1gina de temperatura de austenitiza\u00e7\u00e3o<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Antes de usar esses valores<\/h3>\n\n\n\n

Esta p\u00e1gina \u00e9 um resumo de refer\u00eancia de um estudo publicado e n\u00e3o \u00e9 uma especifica\u00e7\u00e3o da Aobo Steel. Os valores de tenacidade e as respostas ao tratamento t\u00e9rmico s\u00e3o reproduzidos da fonte, que testou um grau sob um conjunto definido de condi\u00e7\u00f5es. O filme que se forma nos contornos de gr\u00e3o em uma ferramenta espec\u00edfica tamb\u00e9m depende da rota de fus\u00e3o, da an\u00e1lise e do forno em que \u00e9 tratada. A especifica\u00e7\u00e3o final \u00e9 confirmada no trabalho.<\/p>\n\n\n\n

Fonte, Failure Analysis of Heat Treated Steel Components (L. C. F. Canale, R. A. Mesquita e G. E. Totten), ASM International, 2008.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Slow Cooling and Grain Boundary Carbide Embrittlement in Tool Steel A tool steel reaches its working hardness easily. The grades used for tools have high hardenability, and the as-quenched hardness is obtained across a wide range of cooling rates, even when the quenching practice is poor. What the poor practice costs is toughness, and the […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_uag_custom_page_level_css":"","site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"normal-width-container","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"disabled","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center 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