35CrMo vs 30CrMo – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Engenheiros e profissionais de compras rotineiramente decidem entre aços de liga semelhantes ao equilibrar resistência, tenacidade, soldabilidade e custo. 30CrMo e 35CrMo são dois aços de baixo teor de liga e médio carbono comumente especificados, usados para componentes mecânicos onde a resistência e a resistência à fadiga são importantes. Os contextos típicos de decisão incluem escolher entre uma resistência ligeiramente maior após o resfriamento versus melhor soldabilidade e ductilidade, ou ao especificar janelas de tratamento térmico para peças como eixos, engrenagens e fixadores de alta tensão.
A principal diferença prática entre essas duas ligas é seu conteúdo relativo de carbono/ligas: 35CrMo é especificado com um teor de carbono um pouco mais alto (e frequentemente adições de liga marginalmente mais altas) do que 30CrMo. Essa diferença desloca o equilíbrio em direção a uma maior resistência e dureza alcançáveis em 35CrMo após o resfriamento e têmpera, enquanto 30CrMo geralmente oferece uma fabricação mais fácil, melhor soldabilidade e maior ductilidade para tratamentos térmicos equivalentes.
1. Normas e Designações
- Normas comuns onde esses nomes aparecem:
- GB (China): 30CrMo, 35CrMo (sistema de designação típico da China)
- EN / ISO: materiais comparáveis existem (por exemplo, aços Cr–Mo como 34CrMo4, 42CrMo4), mas a equivalência direta requer verificação dos limites de composição e tabelas de propriedades mecânicas na norma aplicável.
- ASTM / ASME: a série AISI/SAE (por exemplo, família 4130) é frequentemente referenciada como análogos funcionais para seleção de engenharia; a intercambialidade exata requer verificação.
- JIS: existem graus semelhantes de Cr–Mo; confirme os requisitos químicos/microestruturais correspondentes.
- Classificação: Tanto 30CrMo quanto 35CrMo são aços de médio carbono e baixo teor de liga usados como aços estruturais de liga (não inoxidáveis, não aços para ferramentas e não HSLA no sentido moderno). Eles são projetados para resistência e endurecibilidade por meio de tratamento térmico (normalização, resfriamento e têmpera).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Tabela: intervalos típicos de composição (peso %, indicativo). Os valores reais dependem do fornecedor e da norma vigente — trate estes como intervalos representativos para comparação de engenharia, não como especificações de compra.
| Elemento | 30CrMo (intervalos típicos, wt%) | 35CrMo (intervalos típicos, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.26 – 0.34 | 0.30 – 0.40 |
| Mn | 0.40 – 0.80 | 0.45 – 0.85 |
| Si | 0.15 – 0.40 | 0.15 – 0.40 |
| P | ≤ 0.025 | ≤ 0.025 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.30 |
| Ni | ≤ 0.30 (geralmente muito baixo) | ≤ 0.30 (geralmente muito baixo) |
| Mo | 0.12 – 0.30 | 0.12 – 0.30 |
| V | traço / opcional | traço / opcional |
| Nb | traço / opcional | traço / opcional |
| Ti | traço / opcional | traço / opcional |
| B | traço (raro) | traço (raro) |
| N | residual | residual |
Como a liga afeta o desempenho - Carbono: controle primário da resistência e endurecibilidade. O teor de carbono ligeiramente mais alto em 35CrMo aumenta a dureza e a resistência à tração alcançáveis após resfriamento e têmpera, mas reduz a ductilidade e a soldabilidade se o equivalente de carbono aumentar. - Cromo e molibdênio: melhoram a endurecibilidade e a resistência à têmpera; ambas as ligas dependem de Cr e Mo para alcançar propriedades mecânicas através da espessura em seções maiores. - Manganês e silício: fortalecem como desoxidantes e contribuem para a endurecibilidade. - Elementos de microliga (V, Nb, Ti) podem aparecer em variantes de microliga para refinar o tamanho do grão e melhorar a tenacidade, mas não são obrigatórios nas designações básicas 30/35CrMo.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas - Na condição normalizada, ambas as ligas mostram uma mistura de ferrita e perlita com tamanhos de grão determinados pelo trabalho a quente e resfriamento. A normalização melhora a usinabilidade e a tenacidade. - Após resfriamento e têmpera, ambas desenvolvem martensita temperada (ou bainítica/bainita temperada dependendo da taxa de resfriamento e do tamanho da seção). O carbono mais alto em 35CrMo promove uma fração maior de martensita dura para um dado resfriamento, aumentando a resistência e a dureza. - O processamento termo-mecânico (laminação controlada) seguido de resfriamento acelerado pode produzir estruturas martensíticas bainíticas/temperadas mais finas que proporcionam combinações excelentes de resistência e tenacidade.
Respostas ao tratamento térmico - Normalização: refina a estrutura como laminada, melhora a usinabilidade e prepara para o resfriamento. - Resfriamento e têmpera (Q&T): rota primária para alcançar a resistência de projeto. Ambas as ligas respondem de forma previsível — 35CrMo geralmente atinge uma resistência à têmpera mais alta em detrimento de uma elongação um pouco menor e potencialmente menor tenacidade ao impacto se supertemperada incorretamente. - Têmpera: necessária para reduzir a fragilidade da martensita como resfriada. 35CrMo frequentemente requer cronogramas de têmpera ligeiramente diferentes para preservar a tenacidade enquanto atinge a resistência alvo.
4. Propriedades Mecânicas
Tabela: propriedades mecânicas indicativas após processamento representativo de resfriamento e têmpera (engenheiro deve verificar a especificação real e o tratamento térmico).
| Propriedade | 30CrMo (indicativa) | 35CrMo (indicativa) |
|---|---|---|
| Resistência à tração (MPa) | ~700 – 1000 | ~800 – 1100 |
| Resistência de escoamento (MPa) | ~520 – 850 | ~600 – 950 |
| Elongação (%) | ~12 – 20 | ~8 – 16 |
| Impacto Charpy V-notch (J) | ~30 – 80 (varia com a têmpera e espessura) | ~20 – 70 (sensível ao tratamento térmico) |
| Dureza (HB) | ~200 – 360 | ~240 – 380 |
Interpretação - Resistência: 35CrMo é geralmente capaz de maiores resistências à tração e ao escoamento sob ciclos de resfriamento e têmpera comparáveis devido ao seu maior teor de carbono e similaridade na endurecibilidade de Cr/Mo. - Tenacidade e ductilidade: 30CrMo geralmente demonstra maior elongação e pode ser mais tenaz em condições transitórias, particularmente se um controle cuidadoso da têmpera e do grão for aplicado. - O equilíbrio real entre resistência e tenacidade depende fortemente do tamanho da seção, da taxa de resfriamento e da têmpera; a especificação deve definir esses parâmetros.
5. Soldabilidade
A soldabilidade dos aços de liga depende do carbono e da liga — resumido qualitativamente usando expressões de equivalente de carbono aceitas.
Fórmulas de avaliação úteis: - Equivalente de carbono (forma IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 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 - 35CrMo, com seu maior teor de carbono, produzirá um $CE_{IIW}$ / $P_{cm}$ mais alto do que 30CrMo sob níveis semelhantes de Cr/Mo e, portanto, é mais exigente para soldar. Um CE mais alto sugere um aumento do risco de zonas afetadas pelo calor (HAZ) duras e quebradiças e fissuras a frio, a menos que mitigado. - Controles práticos de soldagem: pré-aquecimento, temperatura de interpassagem controlada, uso de metais de enchimento correspondentes ou superdimensionados e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) são mais frequentemente necessários para 35CrMo, especialmente em seções mais espessas. 30CrMo geralmente permite pré-aquecimento menos rigoroso e pode ser soldado mais facilmente com varas de enchimento padrão de Cr–Mo, embora o PWHT ainda seja recomendado para componentes que suportam carga. - Para ambas as ligas, siga as especificações relevantes de procedimentos de soldagem (WPS) e confirme por meio de PWHT e verificações de dureza na HAZ.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, 30CrMo ou 35CrMo, são ligas inoxidáveis; a resistência à corrosão é semelhante à do aço carbono e depende do acabamento da superfície e do ambiente.
- Métodos típicos de proteção:
- Galvanização a quente para proteção atmosférica geral (verifique como a galvanização afeta as tolerâncias dimensionais e superfícies críticas à fadiga).
- Revestimentos orgânicos: primers, tintas e revestimentos em pó para ambientes industriais.
- Revestimentos especializados (por exemplo, cádmio, zinco-níquel) para requisitos funcionais específicos ou componentes finos.
- Índices inoxidáveis como PREN não são aplicáveis a esses aços de baixo teor de liga Cr–Mo, porque não são graus inoxidáveis resistentes à corrosão. Para contexto, PREN é definido como: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ mas é significativo apenas para aços inoxidáveis que contêm Cr e N significativos. Para aços de liga Cr–Mo, a mitigação da corrosão depende de revestimentos e proteção catódica, não de passividade intrínseca.
7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade
- Usinabilidade:
- 30CrMo geralmente é mais fácil de usinar do que 35CrMo em condições comparáveis devido ao seu menor teor de carbono e menor dureza no estado normalizado.
- Quando as peças são especificadas na condição de resfriamento e têmpera, ambas as ligas são mais difíceis de usinar; a prática recomendada é realizar usinagem pesada na condição normalizada ou recozida e finalizar a usinagem após o tratamento térmico final, quando viável.
- Formabilidade:
- A conformação a frio e a dobra são mais fáceis com 30CrMo. O maior teor de carbono em 35CrMo reduz a ductilidade e aumenta o risco de fraturas durante a conformação severa.
- Quando a conformação é necessária, realize operações antes do tratamento térmico final ou use estratégias de conformação a temperaturas mais altas.
- Acabamento de superfície:
- Ambas respondem bem à moagem padrão e ao jateamento para melhorias na vida útil à fadiga; a maior dureza em 35CrMo pode exigir ferramentas e abrasivos mais robustos.
8. Aplicações Típicas
Tabela: usos típicos e justificativa de seleção.
| 30CrMo — Aplicações típicas | 35CrMo — Aplicações típicas |
|---|---|
| Eixos, eixos, pinos e parafusos onde são necessárias ductilidade e resistência combinadas | Eixos altamente tensionados, virabrequins, engrenagens de serviço pesado e componentes que requerem maior resistência após resfriamento |
| Componentes de tratores e agrícolas, engrenagens de médio porte | Componentes de transmissão de alta carga, pinos de máquinas pesadas e peças críticas à cisalhamento |
| Componentes estruturais onde a flexibilidade de soldagem e fabricação é necessária | Peças onde a menor tenacidade da seção transversal é aceita em troca de maior resistência e resistência ao desgaste |
| Componentes onde custo e facilidade de reparo/soldagem são importantes | Componentes de longa vida, críticos à fadiga, onde maior resistência à têmpera é priorizada |
Justificativa de seleção - Escolha 30CrMo quando o projeto exigir soldagem mais fácil, maior formabilidade ou quando as peças forem reparadas em campo. Também é favorável quando o controle de custos é importante e os requisitos de resistência final são moderados. - Escolha 35CrMo quando maior resistência à têmpera, resistência ao desgaste e resistência à fadiga em tensões estáticas elevadas forem os principais fatores, e quando soldagem controlada/PWHT for viável.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: 35CrMo é tipicamente um pouco mais caro do que 30CrMo devido ao teor de liga (e carbono) ligeiramente mais alto e requisitos de tratamento térmico mais rigorosos para aplicações de alto desempenho. O custo incremental geralmente é modesto, mas pode ser significativo para grandes volumes.
- Disponibilidade por forma de produto: ambas as ligas estão comumente disponíveis como barras, forjados e seções prensadas ou laminadas através de fornecedores de aço industrial. A profundidade do estoque depende das redes de fornecedores regionais; 30CrMo pode ser mais amplamente estocado em tamanhos de engenharia geral devido ao seu uso mais amplo em estruturas reparáveis e soldadas.
- Dica de compra: especifique critérios de aceitação química e mecânica, requisitos de tratamento térmico e quaisquer necessidades de PWHT para evitar surpresas e obter cotações competitivas.
10. Resumo e Recomendação
Tabela: comparação rápida.
| Atributo | 30CrMo | 35CrMo |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Melhor (CE típico mais baixo) | Inferior (CE mais alto; precisa de controles mais rigorosos) |
| Equilíbrio Resistência–Tenacidade | Boa ductilidade & tenacidade com resistência moderada | Maior resistência e dureza; a tenacidade pode ser menor se não for temperada corretamente |
| Custo | Mais baixo | Mais alto |
Conclusões - Escolha 35CrMo se precisar de maior resistência ou dureza após resfriamento e têmpera para componentes críticos à fadiga, de alta carga ou propensos ao desgaste e se puder acomodar controles de soldagem mais rigorosos (pré-aquecimento, PWHT) e custo de material ligeiramente mais alto. - Escolha 30CrMo se suas prioridades forem melhor soldabilidade, conformação/usinagem mais fácil, maior ductilidade, reparos em campo mais simples e menor custo, enquanto ainda alcança boa resistência após tratamento térmico adequado.
Nota prática final: Sempre confirme a seleção da liga em relação aos requisitos químicos e mecânicos exatos na norma ou desenho aplicável. Para o projeto de soldagem, calcule o equivalente de carbono para a composição proposta e consulte seu engenheiro de soldagem para definir pré-aquecimento, temperatura de interpassagem, metal de enchimento e PWHT para garantir a integridade do componente.