Após a têmpera e o revenido da martensita, a estrutura das peças dos rolamentos de aço com alto teor de carbono e cromo deve ser criptocristalina ou cristalina fina com pequena martensita acicular. Além disso, deve ter carboneto residual fino distribuído uniformemente e uma pequena quantidade de austenita residual.
Para micromancais, é permitida uma pequena quantidade de troostita acicular ou maciça, conforme mostrado na Figura 1.
A microestrutura após têmpera e revenido deve atender à cláusula 3.2.2 do JB/T1255-2014, as especificações técnicas para tratamento térmico de peças de aço com alto teor de cromo e cromo para rolamentos.
Esta estrutura de aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo apresenta boa dureza, resistência, resistência ao desgaste e resistência à fadiga.
Após o revenido, o aço para rolamentos também pode adquirir excelentes propriedades abrangentes, como elasticidade, tenacidade e estabilidade dimensional.
Durante o tratamento térmico de peças de rolamento de aço com alto teor de carbono e cromo, vários defeitos podem ocorrer devido a problemas com materiais de aço de rolamento, processo de tratamento térmico, equipamento de processamento e fatores humanos. Tais defeitos podem incluir superaquecimento da microestrutura metalográfica (martensita de agulha grossa), subaquecimento da microestrutura metalográfica (troostita excedendo o padrão), carbonetos de grãos grossos, carbonetos de rede graves e outros defeitos microestruturais.
Alguns desses defeitos da microestrutura metalográfica podem causar diretamente o sucateamento do produto, como a microestrutura metalográfica superaquecida (martensita de agulha grossa). No entanto, outros defeitos podem não resultar no descarte do produto, mas ainda assim podem impactar negativamente a vida útil do produto.
Por exemplo, a microestrutura metalográfica subaquecida (troostita excedendo o padrão) pode afetar a vida útil do rolamento, levando à quebra precoce do anel do rolamento e impactando significativamente a qualidade do produto do rolamento.
1. Têmpera da microestrutura metalográfica superaquecida (martensita de agulha grossa)
As Figuras 2 e 3 representam a microestrutura metalográfica resultante da têmpera em temperatura de superaquecimento, exibindo martensita acicular grosseira com características estruturais distintas. Este tipo de estrutura é conhecido por diminuir a tenacidade e a resistência ao impacto do rolamento, levando a uma vida útil mais curta e até mesmo extinguindo trincas em casos de superaquecimento severo.
(1) Causa
Este problema é causado principalmente pela temperatura de aquecimento de têmpera excessivamente alta ou pelo tempo de retenção prolongado no limite superior da temperatura de aquecimento de têmpera, o que resulta na dissolução excessiva de carbonetos secundários. O grão de austenita também tem a oportunidade de crescer, enfraquecendo o efeito dificultador do crescimento da martensita e aumentando a possibilidade de um maior crescimento da martensita.
Quando vista sob um microscópio metalográfico de 500x (ou 1000x), a microestrutura metalográfica superaquecida é evidente como martensita de agulha grossa.
Outra causa possível é a presença de carbonetos com faixas graves na matéria-prima ou distribuição irregular de tamanhos de carbonetos na estrutura recozida, resultando em flocos finos de perlita na estrutura recozida.
Mesmo durante a têmpera normal, a martensita acicular grossa pode se formar em áreas com carbonetos esparsamente distribuídos ou partículas finas, com poucos obstáculos ao crescimento da martensita.
A descarbonetação superficial resulta em pouco ou nenhum carboneto e, portanto, tem um efeito mínimo na inibição do crescimento da martensita.
Se as condições de resfriamento forem ideais, a martensita ainda tem chance de crescer e formar martensita acicular grossa.
(2) Medidas
É importante escolher uma temperatura de têmpera e um tempo de aquecimento adequados. Esses parâmetros devem ser selecionados de acordo com as normas do material, sendo necessário controlar rigorosamente a formação de bandas de metal duro.
Para melhorar a qualidade do recozimento, é crucial monitorar de perto a temperatura do forno durante a produção. Em caso de falha de energia ou equipamento, devem ser tomadas medidas oportunas e eficazes para evitar qualquer impacto negativo no processo.
2. Microestrutura metalográfica de têmpera sob aquecimento (troostita excede o padrão)
Troostita é uma estrutura que se forma devido ao subresfriamento ou resfriamento insuficiente durante o processo de resfriamento. É o resultado da transformação perlita da austenita.
A troostita possui uma estrutura perlita excepcionalmente fina. No aço para rolamentos, a troostita pode ser categorizada com base em sua morfologia metalográfica em quatro tipos: troostita maciça (ver Fig. 4), troostita acicular (ver Fig. 5), uma combinação de estruturas aciculares e maciças (ver Fig. 6), e troostita bandada (ver Fig. 7).
A estrutura troostita pode ser encontrada em aços temperados para rolamentos e pode levar a uma diminuição tanto na dureza quanto na resistência do aço. Essa estrutura também é desfavorável à resistência ao desgaste e à fadiga e reduz bastante a resistência à ferrugem do aço para rolamentos.
Embora a dureza da peça esteja dentro da faixa qualificada, a presença de uma pequena quantidade de troostita acicular e maciça atende aos requisitos de microestrutura metalográfica especificados nas condições técnicas JB/T1255-2014 para tratamento térmico de peças de aço com alto teor de carbono e cromo para laminação. rolamentos.
No entanto, a presença de troostita maciça e reticular excede o previsto na norma, tornando-a uma estrutura não qualificada. Isso pode resultar em menor dureza da peça e facilitar a identificação de pontos fracos após a decapagem.
(1) Causa
A troostita maciça se forma quando há aquecimento inadequado (ou a temperatura é muito baixa ou o tempo de retenção é muito curto). Isto resulta em concentração desigual de liga austenítica e baixa temperabilidade em certas áreas do aço, levando à transformação perlita durante o resfriamento normal.
A troostita acicular se forma devido ao mau resfriamento, onde o meio de têmpera não é capaz de resfriar o aço a uma taxa suficiente. Mesmo com aquecimento normal, certas áreas do aço podem não atingir a taxa crítica de resfriamento necessária para o endurecimento adequado.
A troostita zonal se forma quando há carbonetos presentes na matéria-prima do aço para rolamentos que se distribuem em formato de tira em áreas com baixa concentração de carbono.
(2) Medidas
Caso apareça troostita durante a produção, sua microestrutura metalográfica deve ser inspecionada e as causas analisadas para tomar as medidas cabíveis.
Se a troostita estiver em forma maciça, a temperatura de aquecimento da têmpera deve ser aumentada adequadamente e o tempo de retenção estendido.
Se a troostita estiver na forma acicular, a taxa de resfriamento deverá ser aumentada.
Se a temperatura de aquecimento, preservação de calor e resfriamento estiverem dentro da faixa normal, mas ainda ocorrer troostita, é necessário verificar se há problemas de matéria-prima, problemas de controle de temperatura, mau funcionamento do equipamento e outras causas potenciais. É importante identificar a causa em tempo hábil e tomar as medidas necessárias.
3. Carboneto de rede severo
A Figura 8 mostra a severa formação de carbonetos em rede resultante da corrosão profunda usando uma solução de álcool de ácido nítrico a 4%.
Este defeito estrutural não surge durante o processo de têmpera, mas resulta de laminação, forjamento ou recozimento inadequados. Só pode ser detectado através de inspeção pós-extinção.
(1) Causa
A presença de carbonetos reticulados no aço aumenta a heterogeneidade de sua composição química. Isto pode levar a tensões estruturais significativas durante o tratamento térmico e a têmpera, o que por sua vez pode causar deformação e fissuras nas peças.
Os carbonetos reticulados enfraquecem a relação entre os grãos da matriz e reduzem as propriedades mecânicas do aço. Em particular, podem reduzir significativamente as propriedades de impacto do aço. Além disso, à medida que o nível de carbonetos reticulados aumenta, as propriedades de impacto do aço continuam a diminuir.
Os carbonetos de rede também têm um efeito significativo na resistência à flexão e à tração do aço. Além disso, a resistência à fadiga de contato do aço diminui com o aumento do nível de carbonetos reticulados. Na verdade, a resistência à fadiga de contato de amostras longitudinais com carbonetos reticulados grossos diminui em aproximadamente 30%.
Cada aumento de classe de metal duro reticulado reduz a vida útil das peças em aproximadamente um terço. Carbonetos reticulados severos não podem ser eliminados em processos subsequentes de recozimento de esferoidização, e a estrutura dos carbonetos só pode ser eliminada ou melhorada através de um processo de normalização.
Nos casos em que o metal duro reticulado é leve, parte da rede pode ser quebrada e esferoidizada durante o recozimento de esferoidização. Contudo, se as partículas de carboneto forem maiores, as partículas de carboneto na estrutura recozida esferoidizada podem não ser uniformes.
(2) Medidas
Um controle rigoroso deve ser implementado nos carbonetos reticulados presentes nas matérias-primas do aço para rolamentos. O nível de carbonetos reticulados não deve exceder o limite especificado em GB/T18254-2016 para aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo.
Durante o processo de forjamento de rolamentos forjados, é importante regular a taxa de resfriamento para evitar a formação de carbonetos reticulados resultantes de uma taxa de resfriamento lenta.
Se necessário, o resfriamento a ar pode ser utilizado para acelerar a taxa de resfriamento dos forjados e evitar a ocorrência de carbonetos reticulados.
4. Conclusão
Uma análise aprofundada das causas dos defeitos primários na microestrutura de peças de aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo após a têmpera foi realizada, e medidas preventivas e corretivas foram propostas para melhorar a qualidade de têmpera de peças de aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo .
Dada a complexidade das práticas de produção, é crucial realizar uma análise específica de diferentes situações para garantir a qualidade de têmpera das peças de aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo e garantir a qualidade interna confiável dos produtos para rolamentos.
