35CrMo vs 42CrMo – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

Introdução

35CrMo e 42CrMo são dois aços liga de cromo-molibdênio intimamente relacionados usados para componentes estruturais e mecanicamente carregados. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura pesam rotineiramente as compensações entre resistência, tenacidade, usinabilidade, soldabilidade e custo ao escolher entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem se favorecer uma resistência e resistência ao desgaste ligeiramente superiores (por exemplo, para eixos ou engrenagens pesadas) em comparação com uma fabricação mais fácil e uma tenacidade melhorada para peças dinâmicas.

A principal diferença metalúrgica é o teor de carbono intencionalmente diferente e a consequente estratégia de endurecimento: 42CrMo tem um teor de carbono mais alto para aumentar a resistência e a capacidade de endurecimento, enquanto 35CrMo tem um nível de carbono mais baixo e adições semelhantes de Cr-Mo para equilibrar a tenacidade e a fabricação. Como ambos dependem de Cr e Mo como elementos de liga principais, eles são comumente comparados em projetos que requerem um equilíbrio de resistência, tenacidade e resposta ao tratamento térmico.

1. Normas e Designações

• Designações internacionais comuns:
• EN/ISO: 35CrMo4 (aprox. 1.7220), 42CrMo4 (aprox. 1.7225)
• Equivalentes AISI/ASTM: 35CrMo ≈ alguns graus semelhantes à família 4130; 42CrMo ≈ AISI 4140 (nota: a equivalência exata depende das especificações padrão locais)
• GB (China): 35CrMo, 42CrMo (faixas químicas padrão)
• JIS: existem aços Cr-Mo comparáveis, mas a nomenclatura difere (confirmar contra o catálogo JIS)
• Classificação:
• Ambos são aços liga (aços Cr-Mo). Eles não são inoxidáveis ou HSLA no sentido estrito; são usados como aços estruturais/engenharia tratados por têmpera e revenido (Q&T).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

A tabela a seguir mostra faixas de composição típicas em porcentagem de peso para graus comerciais comumente especificados. Os valores são faixas representativas encontradas nas especificações de grau padrão; a composição final deve ser confirmada contra o padrão exato ou certificado de fábrica.

Elemento	35CrMo (faixa típica, % em peso)	42CrMo (faixa típica, % em peso)
C	0.32 – 0.40	0.38 – 0.45
Mn	0.50 – 0.80	0.60 – 0.90
Si	0.17 – 0.37	0.17 – 0.37
P	≤ 0.035	≤ 0.035
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	0.90 – 1.20	0.90 – 1.20
Ni	≤ traço	≤ traço
Mo	0.15 – 0.30	0.15 – 0.30
V	≤ traço	≤ traço
Nb	≤ traço	≤ traço
Ti	≤ traço	≤ traço
B	≤ traço	≤ traço
N	≤ traço	≤ traço

Notas: - “Traço” significa geralmente não adicionado intencionalmente; apenas quantidades residuais podem aparecer. - As principais diferenças deliberadas de liga são os níveis de carbono e manganês; Cr e Mo são semelhantes porque fornecem capacidade de endurecimento, resistência e resistência ao revenido. - O menor teor de carbono em 35CrMo faz parte de uma estratégia de liga para otimizar um equilíbrio de ductilidade/tenacidade e soldabilidade, enquanto as adições de Cr-Mo mantêm a capacidade de endurecimento e a resistência a altas temperaturas.

Como a liga afeta as propriedades: - O carbono aumenta a resistência e a dureza, mas reduz a ductilidade e a soldabilidade. - O cromo aumenta a capacidade de endurecimento, resistência e resistência ao revenido; também melhora a resistência ao desgaste. - O molibdênio aumenta substancialmente a capacidade de endurecimento e a resistência ao fluência e ajuda a manter a tenacidade após o revenido. - O silício e o manganês atuam como desoxidantes e contribuem para o comportamento de resistência/endurecimento.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestruturas típicas e resposta a processos térmicos comuns:

• Como laminado / normalizado:
• Ambos os graus desenvolvem uma estrutura de ferrita–pearlita após normalização, com 42CrMo apresentando tipicamente uma perlita mais fina e maior densidade de discordâncias devido ao maior teor de carbono, resultando em maior resistência.
• Endurecido e revenido (Q&T):
• A têmpera a partir da temperatura de austenitização produz martensita (e possivelmente bainita dependendo da taxa de resfriamento); o revenido reduz a fragilidade e fornece uma combinação de resistência–tenacidade ajustada.
• 42CrMo, devido ao seu maior teor de carbono e ligeiramente maior capacidade de endurecimento (com Cr/Mo), pode alcançar maiores resistências última e de escoamento em tratamentos Q&T equivalentes, mas requer revenido cuidadosamente controlado para evitar fragilidade excessiva.
• 35CrMo pode alcançar alta resistência com tenacidade retida ligeiramente superior para um determinado regime de revenido devido ao menor teor de carbono.
• Processamento termo-mecânico:
• A laminação controlada seguida de tratamento térmico apropriado refina o tamanho do grão de austenita anterior e pode melhorar a tenacidade e a resistência à fadiga em ambos os graus. Ambos os aços respondem bem ao TMCP para melhorar combinações de propriedades mecânicas.

Implicação prática: os parâmetros de tratamento térmico (temperatura de austenitização, meio e severidade de resfriamento, temperatura/tempo de revenido) devem ser selecionados com o grau de aço e a espessura da seção em mente para evitar microestruturas HAZ duras e frágeis e atender às metas de propriedades mecânicas.

4. Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas variam fortemente com o tratamento térmico e o tamanho da seção. A tabela abaixo fornece faixas típicas de propriedades para condições de endurecimento e revenido comumente usadas na prática de engenharia. Estas são faixas representativas; especifique o tratamento térmico exato e a condição de teste para aquisição.

Propriedade (faixa típica Q&T)	35CrMo	42CrMo
Resistência à Tração (MPa)	Moderada–Alta	Alta (superior a 35CrMo)
Resistência ao Escoamento (MPa)	Moderada	Maior
Alongamento (%, A)	Melhor ductilidade	Menor ductilidade na mesma dureza
Tenacidade ao Impacto (Charpy)	Geralmente maior em igual resistência	Geralmente menor, a menos que revenido para menor resistência
Dureza (HRC / HB)	Faixa ampla alcançável dependendo do revenido (pico mais baixo que 42CrMo)	Pode alcançar durezas de pico mais altas para peças resistentes ao desgaste

Interpretação: - 42CrMo é tipicamente o mais forte e mais endurecível dos dois devido ao seu maior teor de carbono combinado com Cr-Mo. Para ciclos Q&T iguais, 42CrMo geralmente produzirá maiores resistências à tração e ao escoamento e maior dureza. - 35CrMo geralmente oferecerá melhor tenacidade e ductilidade em níveis de resistência iguais ou ligeiramente inferiores devido ao seu menor teor de carbono. - Os projetistas devem especificar a tenacidade necessária (por exemplo, energia de impacto à temperatura) e a dureza aceitável; caso contrário, o 42CrMo de maior carbono pode produzir componentes frágeis ou dificultar a soldagem.

5. Soldabilidade

A soldabilidade depende principalmente do carbono, equivalente de carbono (capacidade de endurecimento da liga) e espessura.

Índices empíricos úteis: - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (índice de soldabilidade): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação qualitativa: - O maior teor de carbono do 42CrMo aumenta $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ em relação ao 35CrMo, indicando uma maior propensão para formar microestruturas martensíticas duras na zona afetada pelo calor (HAZ) e um maior risco de trincas a frio. Pré-aquecimento, temperaturas de interpassagem controladas e tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) são frequentemente necessários para seções mais espessas. - O 35CrMo, com menor teor de carbono, geralmente solda mais facilmente e pode precisar de menos pré-aquecimento e PWHT mais brando, tornando-o preferível onde a fabricação por solda é rotineira e econômica. - Para ambos os graus, a seleção do metal de adição e o PWHT devem ser planejados com base na espessura e nas condições de serviço para restaurar a tenacidade e aliviar tensões residuais.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

• Nem 35CrMo nem 42CrMo são inoxidáveis; a resistência à corrosão é típica de aços de baixa liga e deve ser alcançada por meio de revestimento ou engenharia de superfície para ambientes corrosivos.
• Estratégias de proteção típicas: galvanização, pintura, revestimento em pó, galvanoplastia (zinco/níquel), revestimento ou aplicação de barreiras resistentes à corrosão combinadas com proteção catódica, se necessário.
• Índices inoxidáveis como PREN não são aplicáveis a esses aços Cr-Mo, mas para referência, a fórmula PREN para ligas inoxidáveis é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Use PREN apenas para ligas inoxidáveis; para aços de baixa liga Cr-Mo, a estratégia de proteção contra corrosão deve ser baseada no ambiente esperado (atmosférico, névoa salina, química) e no custo.

7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade

• Usinabilidade: O maior teor de carbono e a maior capacidade de dureza do 42CrMo reduzem a usinabilidade em relação ao 35CrMo em níveis de dureza comparáveis. Para usinagem, ambos os aços são geralmente especificados em condições normalizadas ou recozidas; o 35CrMo pode usinar mais rapidamente ou produzir maior vida útil da ferramenta nas mesmas condições.
• Formabilidade/dobramento: O 35CrMo com menor teor de carbono geralmente tem melhor formabilidade a frio. O 42CrMo pode ser formado quando recozido, mas o risco de retorno e trincas aumenta se a dureza for alta.
• Desbaste e acabamento: Ambos podem ser desbastados e acabados de forma eficaz quando fornecidos na condição correta. Tratamentos de superfície (nitruração, cementação) são comuns para componentes críticos ao desgaste.
• Soldagem e controle de distorção: O 35CrMo oferece soldagem mais fácil e menor dureza HAZ; o 42CrMo requer mais controle térmico, seleção de adição e PWHT para evitar trincas e restaurar propriedades ótimas.

8. Aplicações Típicas

35CrMo – Usos Típicos	42CrMo – Usos Típicos
Eixos de médio porte, partes estruturais parafusadas, engrenagens de carga média, componentes forjados que requerem boa tenacidade	Eixos e eixos de alta resistência, engrenagens de alta resistência, virabrequins, bielas, pinos e parafusos de alta carga
Componentes que requerem soldagem frequente ou fabricação complexa	Componentes onde maior resistência, resistência ao desgaste ou alta capacidade de endurecimento são os principais impulsionadores
Rodas de cilindros hidráulicos, acoplamentos onde ductilidade/tenacidade são priorizadas	Máquinas fora de estrada, máquinas pesadas, peças de transmissão de alto torque

Racional de seleção: - Escolha 35CrMo onde um equilíbrio entre resistência e tenacidade é necessário, juntamente com uma fabricação e soldagem mais fáceis. - Escolha 42CrMo onde maior resistência à tração, resistência ao desgaste e capacidade de endurecimento são necessárias e onde o processo de fabricação pode acomodar controles de soldagem e tratamento térmico mais rigorosos.

9. Custo e Disponibilidade

• Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis em todo o mundo em barras, forjados, lingotes e chapas. 42CrMo (família AISI 4140) é um dos aços liga mais comumente estocados em muitos mercados.
• Custo: A diferença de custo do material é tipicamente pequena; 42CrMo pode ser marginalmente mais caro devido ao maior teor de carbono e, às vezes, a requisitos de processamento mais rigorosos. O custo total da peça, no entanto, deve incluir tratamento térmico, soldagem/PWHT e usinagem—áreas onde o 42CrMo pode incorrer em custos de processamento mais altos.
• Dica de aquisição: Especifique o grau exato, o estado de tratamento térmico necessário, as propriedades mecânicas e os certificados de teste da fábrica para evitar incompatibilidades entre o fornecedor e a intenção do projeto.

10. Resumo e Recomendação

Tabela de resumo (qualitativa):

Atributo	35CrMo	42CrMo
Soldabilidade	Boa	Regular–Moderada (requer mais controle)
Equilíbrio Resistência–Tenacidade	Resistência moderada com maior tenacidade	Maior resistência, menor ductilidade na mesma dureza
Custo (material + processamento)	Baixo–Moderado	Moderado–Alto

Recomendações: - Escolha 35CrMo se: - A peça requer melhor tenacidade ou ductilidade em determinada resistência. - Espera-se soldagem frequente ou fabricação complexa sem PWHT extensivo. - Usinabilidade e formabilidade ligeiramente melhores são importantes. - Você visa custos de processamento totais mais baixos e QA mais fácil para a tenacidade HAZ. - Escolha 42CrMo se: - Maior resistência à tração, resistência ao desgaste ou capacidade de endurecimento para seções espessas é o objetivo principal. - A peça está sujeita a altas cargas estáticas ou cíclicas onde a resistência supera a conveniência da soldagem. - A fabricação pode suportar o pré-aquecimento necessário, controle de interpassagem e PWHT.

Nota final: Ambos os graus são aços de engenharia robustos; a escolha correta depende do caso de carga específico, da tenacidade necessária, das capacidades de soldagem e tratamento térmico e das restrições de custo. Sempre especifique a condição de tratamento térmico necessária, as metas de propriedades mecânicas e os requisitos de teste/inspeção nos documentos de aquisição para garantir que o material entregue atenda à intenção do projeto.