Como o trabalho a frio altera a dureza de barras de Haynes 25

O trabalho a frio aumenta a dureza da barra de Haynes 25 ao dificultar deformações plásticas adicionais. O aumento depende da quantidade e da distribuição da deformação, da condição inicial do material e de qualquer tratamento térmico subsequente. Quando duas barras com a mesma designação de liga apresentam valores de dureza diferentes, a diferença pode refletir o histórico de processamento, e não um problema de composição química.

Para os engenheiros que avaliambarras de aço Haynes 25, a primeira tarefa é determinar se o material está solubilizado, trefilado a frio ou endurecido por deformação de outra forma. Apesar do termo de pesquisa comum, Haynes 25 é uma liga à base de cobalto, também conhecida como L-605 ou UNS R30605, e não um aço convencional. Uma dureza mais elevada pode acompanhar aumentos úteis de resistência, mas também pode significar menor ductilidade, maior dificuldade de usinagem e maior risco de distorção durante a remoção de material.

O que muda no interior da barra durante o trabalho a frio?

A trefilação, a laminação, o swaging e o endireitamento deformam a liga abaixo de sua temperatura de recristalização. Essas operações aumentam a densidade de discordâncias e introduzem interações que dificultam o movimento posterior das discordâncias. Consequentemente, o material exige uma tensão maior para continuar se deformando, e sua dureza à indentação geralmente aumenta.

Haynes 25 tem uma matriz rica em cobalto, fortalecida por seus elementos de liga. Sua resposta à deformação também pode envolver falhas de empilhamento e maclação por deformação, dependendo das condições de processamento. Para a avaliação do material, a distinção importante é queo encruamento por trabalho a frio não é o mesmo que um tratamento controlado de endurecimento por precipitação. Um aumento de dureza após a trefilação não demonstra que a barra tenha recebido um tratamento de envelhecimento nem que tenha alcançado um determinado nível de propriedades em alta temperatura.

A deformação não é necessariamente uniforme em toda a seção transversal. A geometria da matriz, o atrito, a redução por passe e a prática de endireitamento influenciam a distribuição de deformação. Portanto, uma medição na superfície não representa automaticamente a dureza no centro de uma barra de grandes dimensões.

O nível de redução importa, mas não é uma escala universal de dureza

Na trefilação a frio, a redução da área da seção transversal fornece uma referência útil do processamento:

Redução de área (%) = [(área inicial − área final) / área inicial] × 100.

Para uma barra redonda, calcule essas áreas a partir dos diâmetros correspondentes; a redução percentual do diâmetro não equivale à redução percentual da área. Determine também se a redução informada ocorreu após o último recozimento completo de solubilização. Um recozimento intermediário pode alterar substancialmente a condição de encruamento, portanto, a redução total em relação ao tarugo original pode ser enganosa.

Uma curva de dureza em função da redução fornecida pelo fornecedor só é útil quando a condição inicial, as dimensões, a rota de deformação e o método de ensaio são pertinentes à barra proposta. Use-a para planejar a qualificação, não como um limite de aceitação automático para outro tamanho de produto.

Quando uma condição de fornecimento mais dura causa problemas de usinagem

Um sinal de alerta prático é uma barra que atende aos requisitos dimensionais, mas exige cargas de corte inesperadamente altas, provoca desgaste rápido da ferramenta ou se movimenta após o desbaste. Uma dureza de volume mais elevada pode contribuir para isso, enquanto tensões residuais podem ser liberadas à medida que a seção transversal se torna assimétrica. Essas são consequências relacionadas ao processamento, mas a dureza não mede diretamente a tensão residual.

Primeiro, diferencie o encruamento do material em volume de uma camada superficial endurecida localmente durante a usinagem. O atrito, a permanência da ferramenta no mesmo ponto ou passes rasos repetidos podem deformar a superfície e dificultar os cortes subsequentes. Um ensaio de dureza nessa superfície pode refletir o histórico de usinagem, e não a condição da barra fornecida.

• Compare os certificados do material e as rotas de fabricação antes de alterar os parâmetros de corte.
• Verifique uma seção transversal devidamente preparada quando a dureza superficial e a dureza do material em volume parecerem inconsistentes.
• Adote uma sequência de usinagem que limite a remoção desequilibrada de material quando houver risco de distorção.
• Qualifique qualquer tratamento térmico intermediário proposto em relação às propriedades finais exigidas.

Uma dureza maior não é automaticamente a condição de fornecimento preferida para um componente sujeito a usinagem intensa. Uma condição inicial menos encruada pode oferecer maior flexibilidade de processamento, desde que a peça acabada ainda atenda aos requisitos mecânicos e de serviço.

A exposição térmica pode alterar novamente o resultado

Não se deve presumir que o endurecimento por trabalho a frio permanecerá inalterado durante o serviço em alta temperatura. A recuperação e, em condições suficientemente severas, a recristalização podem reduzir a estrutura de deformação responsável pelo endurecimento. A exposição térmica também pode alterar a precipitação e a distribuição de carbonetos, portanto, a resposta nem sempre consiste em uma redução simples e contínua da dureza.

Por isso, uma operação de alívio de tensões não é uma etapa neutra. Dependendo da temperatura e da duração, ela pode aliviar parte das tensões residuais, alterar a dureza ou afetar a ductilidade sem restaurar uma estrutura totalmente solubilizada. Siga as orientações de tratamento térmico aplicáveis do produtor da liga e verifique a condição resultante, em vez de selecionar um ciclo genérico de alívio de tensões para aço.

Para componentes expostos a temperaturas elevadas, a dureza à temperatura ambiente não permite determinar a resistência à fluência, o desempenho em ruptura por tensão ou a estabilidade a longo prazo. Se os cálculos de projeto exigirem essas propriedades, obtenha dados referentes à condição do material e à exposição em serviço pertinentes. Uma barra recebida com maior dureza não é evidência suficiente de melhor desempenho em serviço a quente.

Elabore uma comparação de dureza que possa embasar a aceitação

Dois valores de dureza só são comparáveis quando as condições de medição são conhecidas. Os ensaios Rockwell, Brinell e Vickers usam métodos de indentação diferentes e avaliam volumes distintos de material. ASTM E18, ASTM E10 e ASTM E384 são referências de métodos de ensaio para dureza Rockwell, Brinell e por microindentação, respectivamente; por si só, não especificam uma faixa de dureza aceitável para barras de Haynes 25.

1. Confirme a identificação e a condição. Registre a designação da liga, o número da corrida, a forma do produto, a condição de fornecimento e a especificação de material aplicável, incluindo sua revisão.
2. Defina o ensaio. Indique a escala de dureza, a carga, quando aplicável, o método de preparação e o local do ensaio. Verifique os requisitos de espessura da amostra, espaçamento entre impressões e curvatura.
3. Amostre a variação suspeita. Para investigar uma diferença entre a superfície e o centro, use uma seção transversal preparada e posições radiais definidas. Para um problema longitudinal, ensaie mais de um local.
4. Relacione a dureza aos requisitos mecânicos. Exija resultados de tração e alongamento quando previstos pela especificação ou pelo projeto. Não substitua esses resultados por uma conversão genérica de dureza para resistência.

As conversões entre escalas exigem cautela especial para ligas à base de cobalto e estruturas encruadas. Um valor convertido aparentemente preciso pode ocultar uma incerteza considerável. Para fins de aceitação, sempre que possível, é preferível realizar o ensaio diretamente na escala especificada.

Mantenha a especificação vinculada à forma do produto

Os dados de redução a frio para tiras não devem ser transferidos diretamente para barras. Produtos relacionados, comotiras de aço-liga de precisão, são oferecidos em espessuras de 0,1 mm a 3 mm para aplicações que exigem comportamento controlado do material. No entanto, a seleção da liga, o histórico de laminação e a geometria da seção diferem dos da barra de Haynes 25; esses produtos não são uma referência de dureza nem um material intercambiável.

Uma especificação de compra de barras útil identifica a liga, as dimensões, a condição de fornecimento, a norma de produto aplicável, as propriedades mecânicas exigidas e a base dos ensaios de dureza. Quando o trabalho a frio for funcionalmente importante, solicite a redução após o último recozimento de solubilização e os detalhes do processamento térmico subsequente. Quando a distorção ou os gradientes de dureza afetarem o componente, defina os locais de amostragem e os ensaios de qualificação antes da liberação. Isso torna o requisito de dureza rastreável à condição de que a peça realmente necessita, em vez de deixá-lo como um número isolado em um certificado.