35CrMo vs 42CrMo – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
35CrMo e 42CrMo são dois aços de baixa liga de cromo-molibdênio comuns usados para componentes estruturais, de transmissão de potência e engenharia. Engenheiros e equipes de compras frequentemente enfrentam um dilema de seleção entre os dois ao equilibrar resistência, tenacidade, soldabilidade, custo e fabricabilidade. Os contextos típicos de decisão incluem a escolha de um grau para eixos ou engrenagens fortemente carregados (onde a resistência e a temperabilidade são importantes) versus a especificação de material para subconjuntos ou componentes soldados que requerem maior resistência ao impacto.
À primeira vista, a principal distinção técnica reside no equilíbrio de liga e no teor de carbono: o grau de número mais alto tende a ter um teor nominal de carbono e liga mais alto, o que resulta em maior temperabilidade e resistência após o tratamento de têmpera e revenido, enquanto a variante de menor carbono troca um pouco da resistência máxima por uma tenacidade melhorada e uma fabricação mais fácil. Como ambos os graus são amplamente utilizados em classes de produtos semelhantes, os projetistas os comparam para otimizar o tratamento térmico, os requisitos de soldagem e o custo do ciclo de vida.
1. Normas e Designações
- GB/T (China): ambos os graus são comumente especificados sob as normas de aço temperado e revenido GB/T (por exemplo, referências da família GB/T 3077/GB/T 1220).
- EN (Europa): 42CrMo é comumente associado ao EN 42CrMo4 (EN 1.7225); equivalentes de 35CrMo existem, mas são menos universalmente padronizados na EN e frequentemente mapeados contra designações domésticas—verifique a norma específica referenciada em pedidos de compra.
- AISI/SAE: 42CrMo é geralmente considerado equivalente à família 41xx (notavelmente AISI 4140) em muitos contextos industriais; 35CrMo é aproximadamente análogo às variantes 41xx de menor carbono, mas verifique as fichas técnicas antes da substituição.
- JIS: As classificações JIS japonesas para aços Cr–Mo têm famílias semelhantes (por exemplo, série SCM); referência cruzada necessária.
- Classificação: ambos são aços temperados e revenidos de baixa liga (não inoxidáveis, não aços para ferramentas e não HSLA no sentido moderno). Eles são usados onde a liga e o tratamento térmico proporcionam maior resistência e tenacidade do que os aços de carbono simples.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
As faixas de composição típicas variam por norma e fornecedor; a tabela abaixo mostra faixas aproximadas comumente referenciadas. Sempre use o certificado de material do comprador ou a norma referenciada para aquisição.
| Elemento | Faixa típica — 35CrMo (aprox.) | Faixa típica — 42CrMo (aprox.) |
|---|---|---|
| C | 0.32–0.40 wt% | 0.38–0.45 wt% |
| Mn | 0.50–0.80 wt% | 0.50–0.80 wt% |
| Si | 0.17–0.37 wt% | 0.17–0.37 wt% |
| P | ≤0.035 wt% (máx) | ≤0.035 wt% (máx) |
| S | ≤0.035 wt% (máx) | ≤0.035 wt% (máx) |
| Cr | ~0.6–1.0 wt% | ~0.9–1.2 wt% |
| Mo | ~0.15–0.25 wt% | ~0.15–0.25 wt% |
| Ni | tipicamente ≤0.30 wt% (frequentemente não adicionado) | tipicamente ≤0.30 wt% (frequentemente não adicionado) |
| V, Nb, Ti, B, N | traço ou não presente; depende da versão de microaleação | traço ou não presente; depende da versão de microaleação |
Notas: - Os valores são faixas aproximadas usadas na prática comum da indústria; os limites exatos vêm da norma aplicável ou do certificado do moinho. - 42CrMo geralmente tem um teor nominal de carbono mais alto e um teor de cromo ligeiramente mais alto, aumentando a temperabilidade e o potencial para maiores resistências após o revenido. O teor de molibdênio em ambos os graus visa aumentar a temperabilidade e a resistência ao revenido; pequenas diferenças na porcentagem de Mo podem influenciar a temperabilidade e a resistência ao revenido em seções de tamanho.
Efeitos da liga: - O carbono controla principalmente a temperabilidade e a resistência final, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade quando aumentado. - O cromo e o molibdênio aumentam a temperabilidade e a resistência à temperatura, melhoram a resistência ao desgaste e ajudam na resistência ao revenido. - O manganês e o silício atuam como desoxidantes e contribuem modestamente para a temperabilidade e resistência. - Elementos de microaleação (V, Nb, Ti) podem estar presentes em baixos ppm para refinar o tamanho do grão e melhorar a tenacidade; estes não são primários nas diferenças de grau discutidas aqui.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
- Microestruturas típicas:
- Em condições de recozimento ou normalização, ambos os graus apresentam uma estrutura de ferrita–perlita ou perlita fina. Após a têmpera, ambos formam martensita (ou martensita + bainita dependendo da taxa de resfriamento e do tamanho da seção). O revenido produz martensita revenida com carbonetos.
- Comportamento do tratamento térmico:
- 42CrMo, com maior teor de carbono e ligeiramente mais Cr e frequentemente Mo semelhante, exibe maior temperabilidade: forma martensita mais prontamente através de seções mais grossas em comparação com 35CrMo sob a mesma severidade de têmpera.
- 35CrMo, com uma linha de base de carbono mais baixo, produz microestruturas revenidas ligeiramente mais finas e tenazes em temperaturas de revenido comparáveis; sua menor temperabilidade reduz o risco de formação de martensita não revenida em grandes zonas afetadas pelo calor da solda, mas pode limitar a resistência alcançável em seções muito grossas.
- Rotas de processamento:
- A normalização melhora a uniformidade dos lingotes como forjados e produz uma microestrutura inicial uniforme para a têmpera a seguir.
- A têmpera e o revenido são a rota comum para obter alta resistência e boa tenacidade; a temperatura de revenido controla o equilíbrio resistência–tenacidade.
- O processamento termo-mecânico pode refinar ainda mais o tamanho do grão e melhorar a tenacidade para ambos os graus; o efeito é frequentemente mais pronunciado no grau de menor carbono.
4. Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas dependem fortemente do tratamento térmico, do tamanho da seção e das metas de revenido. A tabela abaixo resume o desempenho relativo e o comportamento típico em vez de números absolutos certificados; para uso em aquisição, confie no relatório de teste do moinho e na condição de tratamento térmico especificada.
| Propriedade | 35CrMo (comportamento típico) | 42CrMo (comportamento típico) |
|---|---|---|
| Resistência à tração | Moderada a alta após Q&T; geralmente inferior a 42CrMo em revenido equivalente | Maior resistência à tração alcançável devido ao maior C/temperabilidade |
| Resistência ao escoamento | Moderada; boa relação de escoamento/tração quando devidamente revenido | Maior resistência ao escoamento em estados de tratamento térmico semelhantes |
| Alongamento (ductilidade) | Ductilidade e alongamento ligeiramente melhores em níveis de resistência comparáveis | Alongamento ligeiramente reduzido no mesmo nível de tração |
| Tenacidade ao impacto | Geralmente melhor tenacidade para uma dada resistência devido ao menor teor de carbono e microestrutura revenida mais fina | Ainda boa tenacidade quando devidamente revenido, mas tende a ser inferior a 35CrMo no mesmo nível de tração |
| Dureza (HRC ou HV) | A dureza alcançável é menor para o mesmo cronograma de têmpera/revenido; mais fácil de alcançar uma dureza revenida dúctil | Dureza alcançável mais alta; mais sensível à severidade da têmpera e ao tamanho da seção |
Interpretação: - Para a mesma dureza alvo ou resistência à tração, 42CrMo geralmente exigirá pré-aquecimento e PWHT mais cautelosos para soldagem e pode ter maior estresse residual e risco de microestruturas frágeis sem tratamento apropriado. - 35CrMo fornece um compromisso mais tolerante entre resistência e tenacidade em estruturas soldadas ou montagens de múltiplas peças, especialmente quando a temperabilidade profunda não é necessária.
5. Soldabilidade
A soldabilidade depende em grande parte do teor de carbono, da liga que aumenta a temperabilidade e dos níveis de impurezas. Índices comuns ajudam a prever controles de pré-aquecimento e interpass:
-
Equivalente de Carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Fórmula Pcm internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação qualitativa: - Um maior $CE_{IIW}$ ou $P_{cm}$ indica uma maior propensão a formar martensita dura e frágil na zona afetada pelo calor da solda, necessitando de pré-aquecimento, temperaturas interpass controladas ou tratamento térmico pós-solda (PWHT). - Como 42CrMo geralmente tem maior teor de carbono e ligeiramente mais Cr, seu equivalente de carbono calculado é normalmente maior que o de 35CrMo, significando que controles de soldagem mais rigorosos são necessários. - 35CrMo tende a ser mais fácil de soldar, com menores demandas de pré-aquecimento/PWHT para tamanhos de seção semelhantes, mas a qualificação do procedimento de soldagem ainda é necessária para aplicações críticas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Estes são aços de liga não inoxidáveis; a resistência à corrosão é limitada em relação aos graus inoxidáveis.
- Proteções comuns:
- Galvanização a quente para resistência à corrosão atmosférica onde aceitável.
- Revestimentos de conversão (por exemplo, fosfatização) e pintura ou revestimentos em pó para proteção ambiental.
- Óleo ou cera para proteção temporária de superfícies usinadas.
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) é um índice de aço inoxidável e não se aplica a aços de carbono Cr–Mo. Para referência, a fórmula PREN é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas não é relevante aqui porque nem 35CrMo nem 42CrMo são aços inoxidáveis.
- Em ambientes de serviço onde proteção ativa contra corrosão é necessária (marinha, química), considere revestimentos protetores ou uma liga resistente à corrosão em vez disso.
7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade
- Usinabilidade:
- Ambos os graus usinam bem na condição recozida ou normalizada; o aumento do carbono e a têmpera anterior reduzem a usinabilidade.
- 42CrMo na condição endurecida/revenida será mais difícil de usinar do que 35CrMo recozido.
- Formabilidade e dobra:
- A conformação é melhor realizada na condição recozida. O 35CrMo de menor carbono é marginalmente mais fácil de conformar a frio sem trincar.
- Distorsão do tratamento térmico:
- 42CrMo é mais propenso à distorsão por têmpera e risco de trincas em geometrias complexas devido à maior temperabilidade e tensões internas após a têmpera.
- Acabamento de superfície:
- Ambos aceitam operações de acabamento típicas (desbaste, afiação, jateamento) bem quando tratados termicamente de forma correta; atenção à gestão de tensões residuais é importante para componentes de fadiga.
8. Aplicações Típicas
| 35CrMo — Usos típicos | 42CrMo — Usos típicos |
|---|---|
| Eixos de média carga, pinhões, peças forjadas estruturais, montagens soldadas que requerem boa tenacidade e resistência razoável | Eixos de alta carga, virabrequins, engrenagens fortemente carregadas, cilindros hidráulicos, eixos de alta tensão e peças mecânicas que requerem alta temperabilidade |
| Parafusos, pinos e fixadores onde alguma soldabilidade é necessária | Componentes sujeitos a altas tensões de torção ou flexão e onde uma temperabilidade de seção mais profunda é necessária |
| Componentes de máquinas com operações frequentes de soldagem ou reparo | Grandes componentes temperados onde altas propriedades de seção após Q&T são necessárias |
Racional de seleção: - Escolha a opção de menor carbono (35CrMo) quando soldabilidade, tenacidade e resistência à fadiga em estruturas soldadas forem prioridades e resistência máxima extrema não for necessária. - Escolha 42CrMo quando a máxima resistência, resistência ao desgaste e a capacidade de endurecer através de seções grossas forem os principais fatores de design.
9. Custo e Disponibilidade
- Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis em barras, forjados, chapas e tubos sem costura de grandes moinhos. 42CrMo (família AISI 4140) é um dos aços de liga mais comumente estocados em todo o mundo.
- Custo relativo: 42CrMo pode ser ligeiramente mais caro que 35CrMo devido ao seu maior teor de carbono/ligas e maior demanda para aplicações de alta resistência. As diferenças reais de preço dependem das condições de mercado, forma e estado de tratamento térmico.
- Prazos de entrega: tratamentos térmicos especiais, químicas personalizadas ou certificação (por exemplo, NDT, PMI, testes específicos do moinho) estenderão os prazos de entrega para qualquer um dos graus.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | 35CrMo | 42CrMo |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Melhor (mais tolerante) | Mais exigente (pré-aquecimento/PWHT mais altos prováveis) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Boa tenacidade em resistência moderada | Maior resistência e dureza máximas; tenacidade comparada no mesmo nível de resistência é menor |
| Custo | Geralmente mais baixo ou comparável | Ligeiramente mais alto em muitos mercados |
Recomendações: - Escolha 35CrMo se precisar de um material equilibrado com boa tenacidade e fabricação/soldagem mais fáceis, para componentes que serão soldados, reparados ou que requerem melhor ductilidade e resistência à fadiga em níveis de resistência moderados. - Escolha 42CrMo se seu design prioriza a máxima resistência temperada, resistência ao desgaste e temperabilidade de seção profunda para eixos de alta carga, engrenagens ou seções grandes onde alcançar e manter alta resistência temperada é crítico.
Nota final: Sempre especifique a condição de compra completa (norma química, requisito de tratamento térmico, metas de dureza/tração e requisitos de soldagem/PWHT) e solicite certificados de teste do moinho. Diferenças entre fornecedores e a rota de tratamento térmico selecionada geralmente têm um efeito prático maior no desempenho da peça do que as pequenas diferenças nominais de composição entre esses dois aços de liga Cr–Mo comuns.