100Cr6 vs 52100 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

100Cr6 e 52100 são dois dos aços de alta carbono e com cromo mais comumente especificados na prática de engenharia global. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente consideram essas ligas ao projetar elementos rolantes, eixos, engrenagens ou componentes de desgaste onde alta resistência à fadiga, dureza e resistência ao desgaste são necessárias. O dilema da seleção geralmente gira em torno da origem da especificação (normas regionais e cadeia de suprimentos), opções de limpeza/processamento (fundição a vácuo, controle de inclusões) e requisitos posteriores, como tratamento térmico, acabamento superficial e proteção contra corrosão.

Embora metalurgicamente sejam equivalentes próximos—ambos são aços de rolamento de alta carbono e liga de cromo— a principal distinção prática é que um é mais frequentemente especificado por meio de normas e cadeias de suprimentos europeias, enquanto o outro é a designação tradicional americana/internacional. Essa diferença é importante para pedidos, documentação de certificação e disponibilidade de fornecedores, e ocasionalmente reflete pequenas diferenças permitidas nas tolerâncias de composição, limites de impurezas e práticas de fabricação.

1. Normas e Designações

• Designação SAE/AISI: 52100 (amplamente utilizado na América do Norte e por muitos fabricantes globais de rolamentos).
• Designação EN: 100Cr6 (comum na Europa; coberto sob especificações de aço para rolamentos EN/ISO).
• Designação JIS: SUJ2 (equivalente japonês de aço para rolamentos).
• GB/China: GCr15 (equivalente comum chinês).
• Documentos ISO/EN: aços para rolamentos são frequentemente referenciados nas normas de aço para rolamentos ISO/EN (por exemplo, série ISO 683 para aços de liga).

Classificação: Tanto 100Cr6 quanto 52100 são aços de rolamento de alta carbono e alto cromo (não inoxidáveis, não HSLA, e tipicamente tratados como aços para rolamentos/ferramentas). Eles são comumente categorizados como aços de carbono-cromo endurecíveis a óleo ou ar, destinados à tempera total e acabamento superficial.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir resume as faixas de composição típicas para cada liga. Os valores são expressos em porcentagem de peso e refletem faixas publicadas comuns; os limites exatos dependem da norma emissora e da forma do produto.

Elemento	100Cr6 (faixas típicas EN)	52100 (faixas típicas SAE/AISI)
C	0,95 – 1,05	0,98 – 1,10
Mn	0,25 – 0,45	0,25 – 0,45
Si	0,15 – 0,35	0,15 – 0,35
P	≤ 0,025	≤ 0,025
S	≤ 0,025	≤ 0,025
Cr	1,30 – 1,65	1,30 – 1,65
Ni	≤ 0,30 (tipicamente nenhum)	≤ 0,30 (tipicamente nenhum)
Mo	≤ 0,08 (traço)	≤ 0,08 (traço)
V, Nb, Ti, B	≤ 0,03 (tipicamente ausente)	≤ 0,03 (tipicamente ausente)
N	traço	traço

Notas: - Ambas as ligas têm essencialmente a mesma estratégia de liga: alto carbono para dureza e temperabilidade, ~1,3–1,6% Cr para formar carbonetos duros e melhorar a temperabilidade e resistência ao desgaste, e pequenas quantidades de Mn/Si como desoxidantes e contribuintes para a temperabilidade. - As variantes comerciais típicas incluem fusões padrão, limpeza controlada (VIM/VAR ou desgasificação a vácuo) e fusões de grau para rolamentos com menor teor de enxofre e inclusões para vida útil de fadiga. - Elementos menores (Mo, Ni, V) geralmente estão ausentes ou presentes apenas em quantidades de traço, a menos que uma variante especial seja solicitada.

Como a liga afeta as propriedades: - Carbono: principal contribuinte para dureza e resistência através da transformação martensítica e formação de carbonetos; também reduz a soldabilidade e a conformabilidade. - Cromo: aumenta a temperabilidade, forma carbonetos de cromo (melhorando a resistência ao desgaste) e estabiliza a resposta de endurecimento. - Manganês/Silício: contribuem para a desoxidação e temperabilidade; maior teor de Mn pode aumentar a resistência, mas também pode aumentar a austenita retida se não for equilibrado. - Limpeza (S, P, inclusões não metálicas): crítica para a vida útil de fadiga de rolamentos mais do que pequenas diferenças de composição; a fusão a vácuo e o controle de inclusões melhoram significativamente o desempenho.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas: - Na condição recozida ou esferoidizada: ferrita com carbonetos esferoidizados (cementita e carbonetos mistos de Cr), usinável e dúctil para operações de conformação e usinagem. - Após a têmpera e revenimento: matriz de martensita temperada com carbonetos dispersos. Os carbonetos são mais ricos em cromo e são estáveis, contribuindo para alta resistência ao desgaste e resistência à fadiga de rolamento. A austenita retida pode estar presente dependendo da severidade da têmpera e do revenimento.

Efeitos do tratamento térmico: - Recozimento suave / esferoidização: aquecer próximo à faixa de austenitização e depois resfriar lentamente ou manter a uma temperatura subcrítica para formar carbonetos esferoidizados para boa usinabilidade. - Têmpera e revenimento (tratamento térmico típico para rolamentos): austenitizar na temperatura recomendada (geralmente em torno de 770–820 °C dependendo da seção e variante), têmpera (óleo ou atmosfera controlada) para produzir martensita, e então revenimento para ajustar dureza/dutabilidade. As temperaturas e tempos de revenimento controlam a dureza final e o teor de austenita retida. - Normalização é usada com menos frequência para aço de rolamento, mas pode refinar o tamanho do grão antes da têmpera em alguns processos. - Processamento termo-mecânico e fusão a vácuo: podem produzir aços mais limpos com distribuição de carbonetos mais fina e vida útil de fadiga melhorada; tal processamento é frequentemente aplicado quando alta limpeza é especificada, independentemente do nome da liga.

Temperabilidade: - Ambas as ligas têm temperabilidade semelhante graças ao conteúdo comparável de Cr; os efeitos da espessura da seção e a severidade da têmpera dominam a microestrutura final. 52100 e 100Cr6 podem ser produzidos em variantes de alta limpeza para grandes elementos rolantes.

4. Propriedades Mecânicas

Como ambas as ligas são essencialmente equivalentes, as propriedades mecânicas dependem fortemente do tratamento térmico e do processamento. A tabela abaixo fornece descritores comparativos e faixas de dureza típicas comumente usadas em aplicações de rolamentos.

Propriedade	100Cr6 (típico)	52100 (típico)
Resistência à tração	Alta quando temperado totalmente (qualitativamente similar)	Alta quando temperado totalmente (qualitativamente similar)
Resistência ao escoamento	Alta após têmpera e revenimento; comparável	Comparável
Alongamento	Limitado no estado endurecido (baixa ductilidade); maior quando recozido	Comparável
Dutabilidade ao impacto	Moderada a baixa em estados de alta dureza; melhora com o revenimento	Comparável
Dureza (faixas típicas)	Recozido: ~180–240 HB; Temperado totalmente: 58–66 HRC (anéis/balas de rolamento)	Recozido: ~180–240 HB; Temperado totalmente: 58–66 HRC

Interpretação: - Nenhuma das ligas é inerentemente mais forte ou mais resistente que a outra com base na composição; controle de processo, limpeza e tratamento térmico preciso produzem as diferenças finais. Na condição de rolamento endurecido, ambas oferecem excelente resistência à fadiga e resistência ao desgaste; a tenacidade é uma função do nível de revenimento e do teor de austenita retida. - Para componentes que requerem maior tenacidade em durezas mais baixas, o revenimento para menor HRC e o uso de pré-formas esferoidizadas/recozidas é o caminho normal.

5. Soldabilidade

Alto carbono (~1,0% em peso) e a presença de cromo tornam ambas as ligas pobres candidatas para soldagem por fusão convencional sem procedimentos especiais. Índices empíricos relevantes de soldabilidade são usados para avaliação qualitativa:

• Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Índice Dearden & O'Neill (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - Ambas as ligas produzem altos valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ em relação a aços de baixo carbono devido ao alto teor de carbono e cromo, indicando alta suscetibilidade à formação de martensita, trincas e fragilização por hidrogênio na zona afetada pelo calor. - Práticas recomendadas ao soldar são pré-aquecimento, controle da temperatura entre passes, uso de consumíveis de baixo hidrogênio e tratamento térmico pós-solda (PWHT) para temperar a martensita e reduzir tensões residuais. - Onde viável, união mecânica, soldagem por difusão ou brasagem local com materiais de enchimento apropriados podem ser usados para evitar a soldagem por fusão completa em aplicações críticas. - Para a maioria das aplicações de rolamentos, os componentes são fabricados e tratados termicamente em forma final; a soldagem é evitada.

6. Corrosão e Proteção Superficial

• Nenhum dos dois, 100Cr6 ou 52100, é aço inoxidável; ambos são sensíveis à corrosão em ambientes úmidos ou agressivos.
• Estratégias comuns de proteção:
• Revestimentos superficiais (eletrodeposição, revestimento de níquel, revestimento de cromo) para resistência à corrosão e, às vezes, dureza superficial.
• Revestimentos de conversão superficial (fosfatização) e lubrificantes para proteção em serviço.
• Pintura ou revestimentos poliméricos para partes estruturais não rolantes.
• Alternativas resistentes à corrosão (aços de rolamento inoxidáveis como 440C ou ligas especializadas resistentes à corrosão) devem ser selecionadas quando a resistência à corrosão é primária.
• PREN (Número Equivalente de Resistência à Perfuração) não é aplicável a aços de rolamento de carbono-cromo, uma vez que PREN é usado para ligas inoxidáveis: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Para aços de rolamento, engenharia de superfície (carburização de case, nitretação, endurecimento por indução) é comumente usada para melhorar a vida útil da superfície, mas tais processos devem ser escolhidos com uma compreensão das propriedades do núcleo e da vida útil de fadiga.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

• Usinabilidade:
• Melhor quando fornecido na condição recozida/esferoidizada; velocidades de corte mais altas e ferramentas de carboneto são necessárias para condições endurecidas.
• Torção, fresagem e perfuração são diretas após recozimento suave; na condição endurecida, moagem e ferramentas de carboneto ou cerâmica especializadas são padrão.
• Conformabilidade:
• Limitada no estado endurecido; conformação a frio e dobra devem ser feitas na condição recozida.
• Acabamento:
• Moagem, superacabamento e lapidação são comuns para anéis de rolamento e elementos rolantes para alcançar o acabamento superficial e a precisão dimensional exigidos.
• Distorsão do tratamento térmico:
• Tamanho da seção, severidade da têmpera e design do dispositivo de fixação controlam a distorsão; fabricantes de rolamentos costumam usar ciclos de têmpera e revenimento controlados com folgas dimensionais.

8. Aplicações Típicas

100Cr6 (EN)	52100 (SAE/AISI)
Rolamentos de elementos rolantes (esferas, rolos, trilhos)	Rolamentos de elementos rolantes (esferas, rolos, trilhos)
Anéis de rolamento para aplicações automotivas e industriais	Anéis de rolamento e eixos amplamente utilizados na manufatura norte-americana
Eixos e eixos de precisão	Eixos de precisão, eixos e componentes automotivos
Partes de desgaste com requisitos de tempera total	Componentes de alta vida útil de fadiga, incluindo eixos, engrenagens em alguns designs
Ferramentas e matrizes que requerem resistência a abrasão quando carbonetos estão presentes	Usos semelhantes de ferramentas; frequentemente selecionadas quando a especificação americana é necessária

Racional de seleção: - Escolha com base na dureza, vida útil de fadiga e acabamento superficial exigidos. Para elementos rolantes de alta carga, a fusão mais limpa e a melhor prática de tratamento térmico proporcionam a maior vida útil de fadiga, independentemente do nome da liga. - A certificação do fornecedor, documentação de inspeção (certificados de fábrica) e rastreabilidade frequentemente determinam se 100Cr6 ou 52100 é especificado em um contrato.

9. Custo e Disponibilidade

• Custo da matéria-prima: ambas as ligas são semelhantes em composição base e geralmente têm preços de commodities comparáveis.
• Variantes especiais (fundição a vácuo, alta limpeza, grau para rolamentos com controle rigoroso de inclusões) são mais caras, independentemente da designação.
• Disponibilidade:
• 52100 é historicamente ubíqua nos estoques da América do Norte e fabricantes de rolamentos.
• 100Cr6 é comumente estocada e produzida na Europa e por usinas globais seguindo especificações EN/ISO.
• Formas de produto: barra redonda, anéis forjados, blanks pré-endurecidos e rolamentos acabados estão disponíveis para ambas as ligas; prazos de entrega e tamanhos dependem da cadeia de suprimentos escolhida e se alta limpeza ou tratamento térmico especial é necessário.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Atributo	100Cr6	52100
Soldabilidade	Pobre (alto C/Cr)	Pobre (alto C/Cr)
Resistência–Tenacidade (após Q&T)	Alta resistência / tenacidade moderada	Alta resistência / tenacidade moderada
Custo (grau base)	Comparável	Comparável
Preferência da cadeia de suprimentos	Melhor onde especificações EN/europeias são exigidas	Melhor onde especificações SAE/americanas são exigidas

Conclusões e orientações práticas: - Escolha 100Cr6 se você estiver especificando para documentação europeia/EN ou ISO, adquirindo através de usinas ou distribuidores europeus, ou requerendo rastreabilidade de produtos métricos e certificação de usina EN. - Escolha 52100 se sua cadeia de suprimentos, normas de design ou desenhos legados estiverem ligados à prática SAE/AISI/americana, ou se produtores e estoques norte-americanos forem seus principais fornecedores. - Em aplicações onde a vida útil de fadiga é crítica, não confie apenas no nome da liga—especifique a prática de fusão (desgasificado a vácuo/alta limpeza), dureza exigida, ciclos de tratamento térmico, requisitos de inclusão não metálica e critérios de inspeção (microestrutura, dureza, acabamento superficial). - Evite soldagem por fusão sempre que possível; se a soldagem for inevitável, planeje o pré-aquecimento, eletrodos/enchimentos de baixo hidrogênio e PWHT. Para exposição à corrosão, especifique proteção superficial ou selecione alternativas resistentes à corrosão.

Tanto 100Cr6 quanto 52100 oferecem a alta dureza, resistência ao desgaste e propriedades de fadiga de rolamento exigidas dos aços para rolamentos; a diferença prática é em grande parte uma questão de origem da especificação, logística da cadeia de suprimentos e controles de processamento metalúrgico, em vez de química fundamental.