60Si2CrA vs 60Si2CrVA – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente comparam 60Si2CrA e 60Si2CrVA ao selecionar aços para molas ou rolamentos de alta resistência para componentes dinâmicos, cíclicos ou propensos ao desgaste. A decisão geralmente equilibra custo e fornecimento em relação aos requisitos de vida útil à fadiga, temperabilidade e tenacidade. Os contextos típicos de decisão incluem a seleção entre um aço para mola de alto carbono e silício-cromo de referência e uma variante microaleada para aplicações exigentes de fadiga ou alta temperabilidade.

A principal diferença metalúrgica é que a variante “VA” contém adições controladas de vanádio (microaleação) que modificam o tamanho do grão, o comportamento de precipitação e a resistência ao revenido. Essa pequena mudança na liga geralmente melhora a resistência à fadiga e a resistência ao amolecimento durante o revenido, mantendo a química central e os processos de tratamento térmico amplamente semelhantes. Como ambas as ligas são usadas para molas, eixos e peças semelhantes, elas são frequentemente comparadas diretamente em design e compras.

1. Normas e Designações

• Normas e designações comuns a serem verificadas para química exata e limites mecânicos:
• JIS (Normas Industriais Japonesas): por exemplo, aços para molas na série 60Si.
• GB/T (normas chinesas): 60Si2CrA e 60Si2CrVA são comumente encontrados em catálogos GB/T para componentes de mola/rolamento.
• EN / ISO: Graus equivalentes de aço para mola são descritos nas normas EN (consulte tabelas de referência cruzada).
• ASTM/ASME: Sem equivalentes numéricos diretos da ASTM; a referência cruzada via composição e propriedades é necessária.
• Classificação: Ambos são aços para mola de liga de alto carbono (não inoxidáveis, não HSLA). Eles são tipicamente tratados como aços para ferramentas/molde destinados ao têmpera e revenido para obter alta resistência e resistência à fadiga.

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Nota: Limites específicos dependem da norma e do fornecedor. A tabela a seguir mostra a presença típica de elementos e o papel esperado de cada elemento. Os valores são faixas indicativas—sempre consulte a especificação de material aplicável ou o certificado do moinho.

Explicação: 60Si2CrA é uma composição clássica de aço para mola de alto carbono, silício-cromo otimizada para processamento de têmpera e revenido. A variante VA adiciona vanádio medido à química básica. O papel do vanádio é principalmente microaleação: ele forma finos carbonetos/nitratos de vanádio que fixam as fronteiras do grão durante a austenitização e o revenido, refinando o tamanho do grão de austenita anterior e retardando o amolecimento em temperaturas elevadas de revenido. O efeito líquido é maior resistência à fadiga e melhor resistência à perda de resistência sob revenido em serviço.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Rotas de processamento típicas: normalização/recocção para alívio de tensões e esferoidização (para conformação/usinação), em seguida, têmpera e revenido para alcançar a resistência em serviço.

Microestrutura após têmpera & revenido: - 60Si2CrA: martensita revenida com precipitados de carbonetos (Fe3C e carbonetos de liga dos efeitos de Cr, Si). O tamanho do grão de austenita anterior é controlado pelo processamento; sem microaleação, os grãos podem se tornar mais grosseiros se austenitização for excessiva. - 60Si2CrVA: martensita revenida mais carbonetos/nitratos de vanádio muito finos dispersos na matriz e nas fronteiras do grão de austenita anterior. Esses finos precipitados fixam o movimento da fronteira e limitam o crescimento do grão durante a austenitização e o revenido.

Influência do tratamento térmico: - Normalização: produz estruturas perlíticas/martensíticas finas úteis para usinagem/conformação. - Têmpera & revenido: ambas as ligas respondem bem; a variante VA geralmente mostra resistência ao revenido ligeiramente maior (menos amolecimento a uma dada temperatura de revenido) devido ao endurecimento por precipitação e refino do grão. - Processamento termo-mecânico: a adição de V melhora a resposta ao laminação controlada e forjamento—grão mais fino e tenacidade melhorada.

Consequências: Para ciclos de têmpera e revenido idênticos, 60Si2CrVA geralmente atinge temperabilidade comparável e ligeiramente melhor tenacidade e desempenho à fadiga, particularmente em temperaturas de revenido elevadas ou em seções mais espessas onde o controle do grão e o endurecimento por precipitação são importantes.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas dependem fortemente dos alvos de tratamento térmico. A tabela abaixo resume comportamentos comparativos típicos em vez de valores garantidos absolutos—sempre consulte os dados do moinho para compras.

Explicação: Os principais benefícios do vanádio são o refino microestrutural e o endurecimento por precipitação; portanto, a liga VA tende a mostrar aumentos modestos na resistência à tração/escoamento para o mesmo revenido, melhor tenacidade e, crucial para peças rotativas ou carregadas ciclicamente, maior resistência à fadiga.

5. Soldabilidade

A soldabilidade de aços para mola de alto carbono é inerentemente limitada pelo teor de carbono e temperabilidade. A microaleação modifica ligeiramente esse perfil.

Índices úteis: - Equivalente de Carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 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: Ambas as fórmulas indicam que adições adicionais de Cr, Mo, V e maior C aumentam a temperabilidade e a propensão a trincas a frio nas zonas afetadas pelo calor da solda. Praticamente: - 60Si2CrA: alto C e notável Cr e Si elevam $CE_{IIW}$; pré-aquecimento e temperaturas de interpassagem controladas são geralmente necessárias para soldagem. - 60Si2CrVA: a pequena adição de V aumenta marginalmente o equivalente calculado e refina o grão, o que pode tornar a ZAC mais dura e mais propensa a trincas se procedimentos incorretos forem usados.

Recomendações: Use pré-aquecimento, consumíveis de baixo hidrogênio e revenido pós-solda (PWHT) ao soldar qualquer uma das ligas. Onde a soldagem deve ser minimizada, prefira união mecânica ou projeto para evitar áreas de alta tensão soldadas.

6. Corrosão e Proteção de Superfície