O objetivo do recozimento esferoidizante é melhorar a capacidade de conformação a frio dos aços de médio teor de carbono e dos aços-liga.
Contudo, na avaliação in loco dos materiais, frequentemente se toma a “taxa de esferoidização” como o único indicador. Basta que a taxa de esferoidização e a dureza estejam dentro das especificações para se considerar que o material é adequado para estampagem a frio.
No entanto, na prática produtiva isso nem sempre ocorre.
Com o mesmo tipo de aço, durezas semelhantes e taxas de esferoidização idênticas, alguns materiais são fáceis de moldar e de conformar; já outros exigem mais esforço da máquina, dificultam o preenchimento em áreas complexas e, após produção contínua, apresentam maior variação nas cargas e nas dimensões.
A questão central é esta:
Mesmo com a mesma taxa de esferoidização, não significa que o estado microestrutural seja igual, muito menos que o desempenho na estampagem a frio seja idêntico.
I. A taxa de esferoidização é apenas uma parte da avaliação microestrutural
O objetivo principal do recozimento esferoidizante é transformar as formas indesejáveis de carbonetos presentes no aço, como as lamelares e as em cadeia, por meio de processos de segmentação, dissolução, reprecipitação e coalescência, até que esses carbonetos se tornem partículas granulares ou quase esféricas, dispersas na matriz ferrítica.
Nesse processo, o que muda principalmente é a morfologia, o tamanho e a distribuição dos carbonetos.
Assim, para avaliar a microestrutura esferoidizada, não basta considerar apenas um único parâmetro; devem-se observar, pelo menos, três aspectos adicionais:
- Morfologia: os carbonetos estão arredondados? Restam traços lamelares, em cadeia ou em rede?
- Tamanho: as partículas são demasiado finas e densamente agrupadas? Existem carbonetos localmente grosseiros?
- Distribuição: os carbonetos estão uniformemente distribuídos? Há consistência entre a camada superficial, a região intermediária e o núcleo?
Especial atenção deve ser dada ao seguinte:
Os carbonetos não são melhores quanto mais finos, nem piores quanto mais grossos.
Partículas excessivamente finas e densamente agrupadas podem aumentar a resistência à deformação do material; já carbonetos grosseiros ou agrupados localmente podem provocar deformações descoordenadas.
O que realmente influencia o desempenho na estampagem a frio é a combinação entre o tamanho dos carbonetos, a distância entre as partículas e o estado de sua distribuição.
II. Mesma taxa de esferoidização, mas o estado da ferrita pode ser diferente
A microestrutura esferoidizada não se resume apenas aos carbonetos.
Durante a estampagem a frio, os carbonetos influenciam a deformação do material, enquanto a matriz ferrítica assume o papel principal no fluxo plástico.
O tamanho dos grãos da ferrita, o grau de recristalização atingido, a presença de encruamento residual e a homogeneidade da microestrutura afetam diretamente a facilidade de conformação do material.
Mesmo utilizando processos de recozimento esferoidizante semelhantes, se a microestrutura inicial resultante do laminado a quente for distinta, o efeito final da esferoidização e o grau de amolecimento da matriz poderão variar.
Portanto, mesmo que duas imagens metalográficas pareçam similares, a capacidade real de fluir do material dentro do molde ainda pode apresentar diferenças significativas.
III. Um campo de visão não representa toda a seção transversal
Se for selecionada apenas uma posição e um único campo de visão para tirar fotografias metalográficas, é muito provável que não se consiga observar aglomerações locais, distribuições em faixas ou lamelas residuais.
A conformidade em uma única posição não comprova que toda a seção transversal seja completamente homogênea; da mesma forma, mesmo que uma seção esteja conforme, isso não garante que todo o material em rolo esteja livre de variações.
Para uma avaliação mais profissional, é necessário considerar:
- Diferenças microestruturais entre a camada superficial, a região intermediária do raio e o núcleo;
- Se as diferentes seções do rolo mantêm consistência;
- Se existe correlação entre os trechos normais e os trechos anômalos.
É por isso que, mesmo quando o certificado de material e uma única fotografia metalográfica estão em conformidade, ainda assim podem ocorrer problemas durante o recalque no local.
IV. Por que, mesmo com durezas semelhantes, alguns materiais são fáceis de trabalhar enquanto outros não?
A dureza é importante, mas representa apenas resultados obtidos em posições limitadas.
O recalque a frio é uma deformação plástica contínua e intensa. O material precisa não apenas iniciar o fluxo plástico, mas também suportar as deformações crescentes e o encruamento progressivo impostos pelas etapas subsequentes do processo.
Assim, duas fornadas de material com durezas próximas podem apresentar desempenhos similares na primeira etapa; porém, ao avançar para operações de alta deformação ou conformação complexa, as diferenças nos esforços aplicados, na preenchimento das cavidades e no aumento de temperatura do molde tendem a se acentuar gradualmente.
No entanto, se a máquina enfrenta dificuldades durante o processamento, isso não significa automaticamente que o problema seja exclusivamente do material.
As condições do molde, a lubrificação, a rigidez do equipamento, a concentricidade e a elevação da temperatura ao longo da produção contínua também influenciam diretamente as cargas efetivas.
V. A correspondência entre a microestrutura e a situação real deve ser verificada
Para avaliar se uma microestrutura sferoidizada é adequada ao recalque a frio, não basta analisar apenas a taxa de sferoidização, a dureza ou uma única fotografia metalográfica.
Uma avaliação mais eficaz consiste em integrar as seguintes informações:
- Microestrutura metalográfica e distribuição da dureza;
- Diferenças entre trechos normais e anômalos;
- Variação das cargas nos equipamentos de recalque a frio;
- Preenchimento dos produtos, dimensões e aumento da temperatura do molde;
- Etapa, momento e seção do rolo onde surgem as anomalias.
A qualidade real da microestrutura só pode ser validada pelo comportamento do material durante o seu fluxo dentro do molde.
Ponto de vista do engenheiro
A taxa de sferoidização é um indicador importante para avaliar a microestrutura sferoidizada, mas não constitui a resposta definitiva quanto ao desempenho no recalque a frio.
O que determina realmente se um material é adequado ao recalque a frio são a morfologia, o tamanho e a distribuição das partículas de carboneto, o estado da matriz ferrítica, a uniformidade da seção transversal e do rolo, bem como a compatibilidade entre o material e o processo produtivo específico.
Portanto, no Capítulo 4, basta lembrar uma frase:
A taxa de sferoidização reflete apenas parte da microestrutura; já a capacidade real de deformação de todo o conjunto microestrutural define se o material é ou não adequado ao recalque a frio.
Se a taxa de sferoidização e a dureza estiverem conformes, mas o material ainda apresentar dificuldades no recalque a frio, geralmente não adianta repetir inspeções na mesma posição. É preciso identificar a verdadeira correspondência entre as diferenças microestruturais, as seções do material e as anomalias observadas no campo.