Têmpera para Parafusos e Porcas – A Chave para Alta Resistência e Como Fazer Certo

Introdução
A têmpera é o coração da produção de parafusos e porcas de alta resistência. Sem a têmpera adequada, mesmo o melhor aço liga não consegue atingir as classes de propriedade 8.8, 10.9 ou 12.9. No entanto, a têmpera também é onde muitas coisas podem dar errado – trincas, distorção, pontos moles e dureza irregular. Neste artigo, respondemos a cinco perguntas críticas sobre a têmpera para fixadores, com base em nossa experiência prática, para ajudá-lo a entender o que acontece dentro do forno e do tanque de têmpera.

Têmpera é o resfriamento rápido do aço a partir de uma temperatura acima de sua faixa de austenitização (tipicamente 830–880°C para a maioria dos aços para fixadores) em um meio líquido ou gasoso. O objetivo é transformar a austenita em martenisita – uma microestrutura dura e metaestável que fornece a resistência necessária para fixadores de alta qualidade.

Sem a têmpera, o aço esfriaria lentamente e formaria estruturas mais macias como perlita ou bainita, que não conseguem atingir resistências à tração acima de aproximadamente 800 MPa (116 ksi). A têmpera é o primeiro passo essencial no processo de têmpera e revenimento (Q&T) que produz as classes de propriedade 8.8, 10.9 e 12.9.

A sequência básica para fixadores de alta resistência:

Peça em branco forjada a frio ou a quente → austenitização (aquecimento) → têmpera (resfriamento rápido) → formação de martenisita → revenimento (aquecer novamente a uma temperatura mais baixa) → martenisita revenida final com resistência e tenacidade especificadas.

Caso do mundo real:

Um fabricante de parafusos flangeados de grau 10.9 estava obtendo resultados inconsistentes de carga de prova. Descobrimos que a temperatura do óleo de têmpera variava de 40°C a 70°C entre os lotes. Após estabilizar a temperatura do óleo em 50±5°C e garantir agitação adequada, a variação de dureza entre os lotes caiu de ±4 HRC para ±1,5 HRC, e todos os parafusos passaram nos testes de carga de prova.

A escolha do meio de têmpera depende da hardenabilidade do aço (quão facilmente ele forma martenisita), da geometria da peça e dos níveis aceitáveis de distorção. A tabela abaixo compara os meios mais comuns:

Diretrizes de seleção para graus comuns de fixadores:

• Grau 8.8 (aço de médio carbono, por exemplo, 35K, 40#): Água ou polímero (polímero recomendado para melhor controle)

• Grau 10.9 (aço liga, por exemplo, 40Cr, SCM435): Óleo de têmpera rápida (ou polímero se óleo não estiver disponível)

• Grau 12.9 (aço de alta liga, por exemplo, SCM435, 42CrMo): Óleo de têmpera rápida (óleo de martêmpera para seções muito espessas)

• Parafusos cementados (10B21, 20MnTiB): Água ou polímero após cementação

Dica do mundo real:

Uma vez tivemos um cliente que temperava parafusos SCM435 M16 em água porque eles “queriam um resfriamento mais rápido”. O resultado: 15% de cabeças trincadas. A mudança para um óleo de têmpera de alta velocidade (viscosidade 22 cSt a 40°C, operando a 60°C) eliminou as trincas, ainda alcançando martenisita completa.

Mesmo com o meio de têmpera correto, defeitos podem ocorrer. Aqui estão os defeitos mais comuns na têmpera de fixadores, suas causas e métodos de prevenção:

Caso do mundo real (distorção):

Um cliente que fabricava porcas de roda M20×1,5 (grau 10.9, material SCM440) teve 8% de rejeições devido à distorção da rosca após a têmpera. As porcas eram temperadas em cesto (mergulhadas em óleo em um cesto de arame). Mudamos para têmpera de peça única usando um transportador com quedas individuais de peças e instalamos um óleo de martêmpera a 180°C. A distorção caiu para menos de 1%.

Métodos de inspeção após a têmpera:

• Teste de dureza: Escala Rockwell C (HRC). Dureza típica após têmpera para martenisita: 50–55 HRC para aços liga de médio carbono.

• Verificação da microestrutura: Deve ser >90% de martenisita (sem perlita ou ferrita) no núcleo para hardenabilidade completa.

• Detecção de trincas: Inspeção por partículas magnéticas (MPI) ou teste de penetrante para peças críticas.

• Retilinidade: Medição por rolo ou medição óptica.

Não – nunca pule o revenimento. A martenisita após a têmpera é extremamente dura, mas também muito quebradiça. Um parafuso na condição após a têmpera quebraria sob impacto ou mesmo sob alto torque de aperto. O revenimento é um segundo passo obrigatório.

A relação:

Temperaturas típicas de revenimento para graus comuns de fixadores (após têmpera completa):