42CrMo vs 42CrMo4 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
42CrMo e 42CrMo4 são aços de liga de cromo-molibdênio de carbono médio amplamente utilizados para componentes de alta resistência, tratáveis termicamente, como eixos, engrenagens e fixadores. Engenheiros e profissionais de compras frequentemente enfrentam um dilema de seleção entre esses dois rótulos, pois eles apresentam metalurgia e comportamento mecânico muito semelhantes, mas são referenciados em diferentes normas regionais e cadeias de suprimento. Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar a certificação necessária (norma regional ou do projeto), especificar soldabilidade e tratamentos pós-solda, e otimizar custo e prazo de entrega para formas de produto específicas.
A principal distinção prática não é uma incompatibilidade metalúrgica dramática, mas sim os regimes de normas e especificações que governam a produção, inspeção e certificação. Essa diferença impulsiona a aquisição, rastreabilidade e, às vezes, pequenas tolerâncias composicionais ou níveis de impurezas permitidos.
1. Normas e Designações
- EN (Europa): 42CrMo4 — comumente referenciado nas normas EN 10083–3 e sistemas de numeração de aço EN (frequentemente também dado como 1.7225 em bancos de dados de materiais).
- GB (China): 42CrMo — amplamente utilizado nas normas nacionais chinesas (GB/T) e comumente listado para aços estruturais de liga.
- ASTM/ASME / AISI (EUA): AISI 4140 / UNS G41400 é o equivalente americano mais amplamente aceito e frequentemente é intercambiado com 42CrMo/42CrMo4 em tabelas de referência cruzada.
- JIS (Japão): SCM440 é um equivalente japonês comumente citado.
- Classificação: tanto 42CrMo quanto 42CrMo4 são aços de carbono médio, baixa liga, tratáveis termicamente (aço de liga adequado para têmpera e revenimento; não inoxidável; não HSLA no sentido moderno).
2. Composição Química e Estratégia de Liga
| Elemento | 42CrMo típico (GB/T) | 42CrMo4 típico (EN) |
|---|---|---|
| C | 0.38 – 0.45 wt% | 0.38 – 0.45 wt% |
| Mn | 0.60 – 0.90 wt% | 0.60 – 0.90 wt% |
| Si | 0.10 – 0.40 wt% | 0.10 – 0.40 wt% |
| P | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.035 wt% |
| S | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.035 wt% |
| Cr | 0.90 – 1.20 wt% | 0.90 – 1.20 wt% |
| Ni | ≤ 0.40 wt% (não especificado) | ≤ 0.40 wt% (não especificado) |
| Mo | 0.15 – 0.30 wt% | 0.15 – 0.30 wt% |
| V, Nb, Ti, B, N | traço / não tipicamente especificado | traço / não tipicamente especificado |
Notas: - Estes são intervalos de composição típicos; as tolerâncias reais dependem da norma e da certificação do moinho. - A estratégia de liga se concentra em Cr e Mo para aumentar a endurecibilidade e a resistência ao revenimento, mantendo um carbono moderado para resistência via tratamento térmico. Mn e Si estão presentes para ajudar na resistência e desoxidação. P e S são controlados em níveis baixos para preservar a tenacidade e a vida em fadiga.
Como a liga afeta as propriedades: - Carbono: principal contribuinte para a resistência via formação de martensita após a têmpera; maior C aumenta a endurecibilidade, mas reduz a soldabilidade e a ductilidade. - Cromo e molibdênio: aumentam a endurecibilidade, resistência ao desgaste e resistência ao revenimento em altas temperaturas; promovem uma endurecimento mais profundo em seções mais espessas. - Manganês: aumenta a endurecibilidade e a resistência à tração. - Silício: fortalece a ferrita e melhora o comportamento de revenimento.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestruturas típicas: - Em condição normalizada: uma mistura de ferrita e perlita, com grãos finos se o resfriamento controlado for aplicado. - Após a têmpera e revenimento (o caminho mais comum para esses aços): martensita revenida com carbonetos (ricos em Cr/Mo) dispersos, proporcionando alta resistência com melhor tenacidade.
Caminhos de processamento e respostas: - Normalização (resfriamento ao ar a partir da temperatura de austenitização): refina o tamanho dos grãos e produz uma microestrutura uniforme previsível para resistência moderada e melhor usinabilidade. - Têmpera e revenimento: austenitizar (cerca de 820–880°C dependendo do tamanho da seção), têmpera (óleo/água/polímero controlado), e então revenir a 400–650°C para equilibrar resistência e tenacidade. Resultado: altas resistências à tração e ao escoamento com tenacidade retida; a temperatura de revenimento controla a dureza final. - Processamento termo-mecânico: forjamento mais resfriamento controlado pode produzir grãos de austenita muito finos e resistência à fadiga melhorada, mas é sensível ao processo.
Ambas as ligas respondem de maneira semelhante a esses tratamentos térmicos; pequenas diferenças na química garantida ou limites de impurezas podem afetar ligeiramente a endurecibilidade e as margens de tenacidade em seções grandes.
4. Propriedades Mecânicas
| Propriedade (típ.) | 42CrMo / 42CrMo4 (normalizado) | 42CrMo / 42CrMo4 (têmpera e revenido) |
|---|---|---|
| Resistência à tração (Rm) | 650 – 850 MPa | 850 – 1100+ MPa (dependente do processo) |
| Resistência ao escoamento (Rp0.2) | 360 – 600 MPa | 600 – 950 MPa |
| Alongamento (A%) | 12 – 18% | 8 – 15% |
| Tenacidade ao impacto (Charpy V, temperatura ambiente) | 30 – 80 J | 20 – 60 J (dependente do revenimento e seção) |
| Dureza | 180 – 260 HB | 220 – 360 HB (ou HRC 18–36) |
Interpretação: - Ambas as ligas podem alcançar propriedades mecânicas muito semelhantes quando processadas de forma equivalente. A têmpera e o revenimento produzem resistência à tração e ao escoamento significativamente mais altas em detrimento da ductilidade. - A tenacidade e a ductilidade dependem fortemente dos parâmetros de tratamento térmico e da limpeza (conteúdo de inclusões) — as diferenças entre os dois rótulos são tipicamente negligenciáveis em relação aos efeitos do processamento.
5. Soldabilidade
A soldabilidade é moderada e governada principalmente pelo teor de carbono e pela endurecibilidade de Cr/Mo. Use fórmulas de equivalente de carbono para estimar as necessidades de pré-aquecimento e PWHT.
Índices comuns: - Equivalente de carbono 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: - O típico $CE_{IIW}$ para esses aços é moderado (frequentemente em torno de 0.4–0.6 dependendo da química exata), indicando uma tendência a formar martensita dura na zona afetada pelo calor (HAZ), a menos que temperaturas de pré-aquecimento e/ou interpass apropriadas sejam usadas. - Temperaturas de pré-aquecimento e interpass controladas reduzem a taxa de resfriamento e a dureza da HAZ; PWHT (revenimento) é recomendado para soldagens críticas, espessas ou altamente estressadas. - Tanto 42CrMo quanto 42CrMo4 têm soldabilidade semelhante; a seleção é impulsionada pela aceitação de PWHT e pelo ambiente de fabricação. Use procedimentos de soldagem qualificados e considere controle de hidrogênio e pré-aquecimento para prevenção de trincas.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Essas ligas não são aços inoxidáveis; a resistência à corrosão é baixa em forma nua.
- Opções de proteção de superfície: pintura, lubrificação, fosfatização, galvanização eletrolítica e galvanização a quente, dependendo da aplicação e das restrições pós-tratamento térmico (galvanização após o revenimento pode ser aceitável; galvanização antes do tratamento térmico crítico não é).
- PREN (número equivalente de resistência à corrosão por pite) não é aplicável a aços não inoxidáveis, mas para referência, a fórmula é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ e resulta em valores baixos sem significado para esses aços de baixa liga de Cr; portanto, o desempenho contra corrosão deve ser gerenciado por revestimentos ou sobreposições inoxidáveis onde necessário.
7. Fabricação, Usinabilidade e Formabilidade
- Usinabilidade: Em condição normalizada, a usinabilidade é moderada; em condição de têmpera e revenido, a usinagem é mais difícil e pode exigir ferramentas de metal duro e alimentação reduzida. Variantes de corte livre (com enxofre adicionado) não são padrão para essas ligas.
- Formabilidade: A conformação a quente e o forjamento são diretos; a conformação a frio é limitada pelo teor de carbono — curvaturas severas a frio podem causar trincas, a menos que sejam recozidas ou utilizadas em condição normalizada.
- Desbaste e acabamento: ambas respondem bem ao desbaste de precisão após o tratamento térmico; tratamentos de superfície para vida em fadiga (jateamento, nitretação) são comumente aplicados.
8. Aplicações Típicas
| 42CrMo (usos comuns) | 42CrMo4 (usos comuns) |
|---|---|
| Eixos, eixos de roda e eixos de manivela | Eixos, eixos de roda e eixos de manivela |
| Engrenagens e pinhões | Engrenagens e pinhões |
| Fixadores e parafusos de alta resistência | Fixadores e parafusos de alta resistência |
| Conectores, virabrequins em seções menores ou médias | Componentes de máquinas sob alta carga cíclica |
| Partes pressurizadas (após tratamento térmico apropriado) | Partes automotivas e de equipamentos pesados que requerem rastreabilidade EN |
Racional de seleção: - Ambas as ligas são escolhidas por alta resistência e boa resistência à fadiga após a têmpera e o revenimento. - Escolha com base na certificação necessária, norma especificada, cadeia de suprimento (qual moinho e região) e aceitação do tratamento térmico pós-solda necessário.
9. Custo e Disponibilidade
- Ambos os materiais estão amplamente disponíveis em todo o mundo em barras, forjados, tubos sem costura e chapas. A disponibilidade varia por região e preferências dos distribuidores.
- 42CrMo4 é muito comum nos mercados europeus e frequentemente mais conveniente quando a certificação EN é necessária.
- 42CrMo (GB/T) e equivalentes (AISI 4140 / SCM440) são tipicamente mais fáceis de obter na Ásia e na América do Norte.
- As diferenças de custo relativas são normalmente pequenas e dominadas pela forma do produto, tamanho da seção e requisitos de tratamento térmico ou certificação do moinho, em vez do rótulo nominal da liga.
10. Resumo e Recomendação
| Critério | 42CrMo | 42CrMo4 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Moderada; pré-aquecimento/PWHT frequentemente necessário | Moderada; pré-aquecimento/PWHT frequentemente necessário |
| Resistência–Tenacidade (tratado termicamente) | Alta (dependente do processo) | Alta (dependente do processo) |
| Custo / Disponibilidade | Amplamente disponível na Ásia/Américas; competitivo | Amplamente disponível na Europa; competitivo |
Recomendações: - Escolha 42CrMo se precisar obter material dentro de um ecossistema de fornecedores GB/AISI, ou se a aquisição do projeto exigir equivalência de especificação GB ou americana e você precisar de desempenho mecânico típico da classe 4140 com rastreabilidade local. - Escolha 42CrMo4 se a especificação do projeto exigir certificação de material EN, alinhamento da cadeia de suprimento europeia, ou se o contrato do cliente/projeto declarar explicitamente normas EN (42CrMo4 / EN 1.7225).
Nota final: o desempenho metalúrgico e mecânico desses dois rótulos se sobrepõe significativamente; os fatores decisivos são frequentemente não metalúrgicos (conformidade com normas, certificação do moinho, rastreabilidade e disponibilidade local). Para componentes críticos, sempre especifique o tratamento térmico necessário, critérios de aceitação de propriedades mecânicas e procedimentos de NDT/tratamento térmico pós-solda, em vez de confiar apenas no nome da liga.