Temperabilidade do Aço e Ensaio Jominy de Têmpera na Extremidade

Temperabilidade não é dureza

Um aço pode ser duro em sua superfície sem endurecer profundamente. Essa afirmação é fundamental para interpretar corretamente um resultado Jominy. Dureza é a resistência de um material à indentação ou a outra forma especificada de deformação, medida por um método como Rockwell, Brinell ou Vickers. Temperabilidade é diferente: ela descreve até que profundidade e com que uniformidade um aço desenvolve dureza quando um tratamento definido de austenitização e têmpera produz um histórico de resfriamento definido.

Essa distinção é importante porque a dureza é uma condição medida em um local específico, enquanto a temperabilidade descreve a resposta do material ao longo de uma seção. Um único valor Rockwell C obtido na superfície não identifica a taxa de resfriamento que o produziu, a microestrutura abaixo dessa superfície nem a dureza que permanece no centro de uma peça. Chamar um aço simplesmente de “duro” deixa essas questões sem resposta. Por isso, este artigo utiliza a terminologia da ASTM A255 e da ASM International, em vez de tratar dureza e temperabilidade como propriedades intercambiáveis.

Definições utilizadas pela ASTM A255 e pela ASM International

A ASTM A255-20 define temperabilidade como “a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado”. A definição é curta, mas sua palavra mais importante é profundidade. Temperabilidade não é um segundo nome para o número de dureza apresentado em um certificado de ensaio. Ela diz respeito à penetração do endurecimento da superfície em direção ao interior durante a têmpera.

Curva de temperabilidade JominyCurva de temperabilidade Jominy Gráfico que mostra a dureza medida em função da distância em relação à extremidade de um corpo de prova padronizado temperada em água.

A mesma norma especifica o ensaio quantitativo de têmpera de extremidade, ou Jominy. Seu corpo de prova é uma barra cilíndrica com 1 polegada de diâmetro. Após ser aquecido até a condição de austenitização prescrita, uma de suas extremidades é temperada por um jato de água controlado. Em seguida, são realizadas medições de dureza em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada. O gráfico resultante de dureza em função da distância é a curva de temperabilidade Jominy.

A ISO 642:2024 especifica o ensaio de temperabilidade de aços por têmpera de extremidade com um corpo de prova de 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. As dimensões são próximas, mas não constituem simplesmente uma reformulação casual da especificação da ASTM. Um resultado deve estar vinculado à norma e à edição que definiram o corpo de prova, a prática de aquecimento, a configuração da têmpera, os locais de medição e o método de apresentação dos resultados. Caso contrário, “dureza Jominy” pode descrever um número sem identificar um ensaio reprodutível.

A ASM International apresenta o significado metalúrgico mais amplo. Seu capítulo de 1990 sobre aços-carbono e aços de baixa liga descreve a temperabilidade como a propriedade que governa a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. A ASM também identifica a composição do aço e o tamanho do grão da austenita como fatores primários que afetam a temperabilidade. O teor de carbono influencia a dureza que pode ser obtida a partir da martensita, enquanto os elementos de liga podem retardar as transformações que competem com a formação de martensita durante o resfriamento. O tamanho do grão da austenita também altera o comportamento de transformação. Esses fatores atuam por meio do histórico térmico; eles não transformam a temperabilidade em um valor fixo de dureza.

Por que um aço duro pode ter temperabilidade limitada

Considere dois corpos de prova cujas superfícies temperadas apresentam a mesma dureza elevada. Essa observação estabelece apenas que as regiões superficiais atingiram uma microestrutura e uma condição capazes de produzir essas leituras. Ela não estabelece que ambos os corpos de prova tenham endurecido até a mesma profundidade.

A superfície resfria-se mais rapidamente durante uma têmpera convencional. Se o aço tiver temperabilidade limitada, a superfície poderá transformar-se predominantemente em martensita, enquanto as regiões mais internas resfriam-se mais lentamente e formam misturas como bainita, perlita ou outros produtos de transformação. Essas regiões podem apresentar dureza muito menor que a superfície. Assim, um pequeno corpo de prova de laboratório pode parecer completamente duro, enquanto um componente maior produzido a partir da mesma corrida desenvolve um núcleo mais macio, porque o calor escapa menos rapidamente de seu interior.

É por isso que dureza e temperabilidade respondem a perguntas de engenharia diferentes. Um ensaio de dureza pergunta: “Qual é a resistência deste local ao penetrador especificado?” Um ensaio de temperabilidade pergunta: “Como a dureza varia com a distância em relação a uma superfície temperada sob esta configuração de resfriamento definida?” A primeira condição pode ser atendida em um ponto, enquanto a segunda permanece insatisfatória.

A composição química do aço ilustra essa diferença. O carbono influencia fortemente a dureza máxima da martensita, mas uma elevada dureza superficial potencial não garante um endurecimento profundo. Por outro lado, elementos de liga que retardam as transformações difusionais podem permitir que um aço forme martensita a uma distância maior da superfície temperada, mesmo quando a dureza em qualquer local específico depende do teor de carbono e da microestrutura local. O tamanho do grão, o tratamento térmico anterior, o tamanho do corpo de prova e a severidade da têmpera também afetam o resultado observado. Portanto, a temperabilidade é uma resposta do aço sob determinadas condições, e não um rótulo isolado atribuído a um grau de aço.

Uma leitura de dureza superficial também pode ocultar uma falta de uniformidade causada por descarbonetação, carepa, danos de retificação, austenita retida ou um local de medição inadequado. Essa leitura pode ser válida para aquela superfície e, ainda assim, ser inútil como evidência da distribuição de dureza ao longo da seção.

Profundidade e distribuição da dureza após a têmpera

O ensaio Jominy cria uma faixa controlada de taxas de resfriamento em um único corpo de prova. O procedimento da University of Illinois aquece um corpo de prova cilíndrico até sua temperatura de austenitização, tempera uma extremidade com um jato de água e mede a dureza em distâncias crescentes a partir dessa extremidade. A University of Cambridge explica a base física do método: a extremidade temperada resfria-se diretamente na água, enquanto o restante resfria-se ao ar, produzindo uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo da barra.

Uma diminuição gradual e uma diminuição acentuada representam respostas de temperabilidade diferentes, mesmo quando os corpos de prova apresentam dureza semelhante próxima à extremidade. Strong evidence

A distância em relação à extremidade temperada funciona, portanto, como uma maneira prática de amostrar diferentes históricos de resfriamento. Próximo à extremidade, a taxa de resfriamento é severa e a dureza pode ser elevada. Mais distante, o resfriamento é mais lento e a curva pode cair à medida que produtos de transformação diferentes da martensita se tornam mais predominantes. A forma e a posição da curva descrevem a distribuição da dureza sob as condições do ensaio. Um declínio gradual indica uma resposta diferente de um declínio acentuado, mesmo que ambos os corpos de prova apresentem durezas semelhantes no primeiro ponto de medição.

Uma curva Jominy não reproduz diretamente o perfil de dureza de todos os componentes reais. O componente pode ter diâmetro, geometria, condição superficial, ciclo de austenitização, nível de agitação ou meio de têmpera diferentes. A extração de calor de um cilindro em um dispositivo de têmpera de extremidade não é idêntica à extração de calor de um dente de engrenagem, eixo, placa ou canto. A curva é uma comparação padronizada e um dado de entrada para o projeto do processo, não uma promessa universal para todos os tamanhos de seção.

A curva também não mede a dureza em todas as taxas de resfriamento possíveis com precisão ilimitada. Seu significado depende do procedimento de ensaio e de medições de dureza precisas realizadas nas distâncias especificadas. Por isso, a Materials Education Foundation descreve o ensaio Jominy como uma medição da dureza em distâncias crescentes a partir de uma extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço.

Dureza e temperabilidade são propriedades diferentes, e a dureza superficial isolada não pode substituir uma curva de temperabilidade. Strong evidence

[1][1] Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. ASTM International. ASTM International standard, 2020.

A conclusão correta é específica: a dureza informa a resistência em um local ensaiado; a temperabilidade informa a profundidade e a distribuição da dureza produzida por uma têmpera definida. A ASTM A255-20, a ISO 642:2024 e a ASM International preservam essa distinção. A dureza superficial, por si só, não pode substituir uma curva de temperabilidade.

O que o ensaio de têmpera de extremidade Jominy mede

Um ensaio Jominy não atribui um único valor de dureza a um aço e chama esse valor de temperabilidade. Ele mede como a dureza varia ao longo de um corpo de prova que foi submetido a uma faixa controlada de condições de resfriamento. O resultado é uma curva de temperabilidade: a dureza representada em função da distância em relação à extremidade temperada.

Essa distinção é importante. Dureza é a resistência de uma determinada localização à indentação ou à deformação. Temperabilidade é a capacidade que o aço tem de desenvolver dureza até uma determinada profundidade durante a têmpera. A ASTM A255-20 define temperabilidade como “a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado” e especifica o ensaio quantitativo de têmpera de extremidade, ou ensaio Jominy, utilizando um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova de aço para ensaio de têmpera de extremidade com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. A pequena diferença dimensional reflete os requisitos declarados de duas normas, e não dois significados diferentes de temperabilidade.

O ensaio cria diferentes históricos de resfriamento em uma única peça de aço. Sua extremidade temperada resfria-se de modo mais severo, enquanto as regiões mais afastadas resfriam a taxas progressivamente menores. Se o aço formar martensita prontamente nessas condições, uma dureza elevada se estenderá mais ao longo da barra. Se a transformação começar antes que as regiões mais distantes possam formar uma quantidade significativa de martensita, a dureza cairá mais rapidamente com a distância. Portanto, a curva mostra tanto a dureza desenvolvida sob uma têmpera severa quanto a distância ao longo da qual o aço consegue manter essa resposta.

Austenitização do corpo de prova cilíndrico

AustenitizaçãoAustenitização Aquecimento do aço até uma faixa de temperatura prescrita para que a estrutura inicial se transforme em austenita antes da têmpera.

O procedimento começa com um corpo de prova cilíndrico usinado. O Laboratório de Tecnologia e Inovação de Materiais da University of Illinois descreve a sequência como o aquecimento do corpo de prova até sua temperatura de austenitização, a aplicação de um jato de água a uma extremidade, a medição da dureza em distâncias crescentes a partir dessa extremidade e a representação gráfica da dureza em função da distância. A austenitização transforma a estrutura inicial em austenita, a fase de alta temperatura a partir da qual se formam os produtos da têmpera. A temperatura de aquecimento e o tempo de permanência são selecionados de acordo com o aço e o procedimento; não são detalhes intercambiáveis.

Essa etapa de preparação estabelece a condição a partir da qual a resposta ao resfriamento será medida. O teor de carbono, as adições de elementos de liga, a microestrutura inicial e o tamanho do grão da austenita podem afetar o que ocorre depois que o corpo de prova deixa o forno. A ASM International identificou a composição do aço e o tamanho do grão da austenita como influências primárias sobre a temperabilidade em seu estudo de 1990 sobre dureza e temperabilidade dos aços. Um ensaio realizado após um tratamento de austenitização inadequado pode produzir uma leitura de dureza válida para aquele corpo de prova, mas isso não representa necessariamente a temperabilidade especificada para o grau do aço.

O corpo de prova também deve ser manipulado de modo que seu histórico térmico seja controlado antes da aplicação do jato de água. O objetivo não é reproduzir todas as geometrias industriais de têmpera. É criar uma comparação repetível, na qual o corpo de prova parte de uma condição austenítica definida e depois é submetido a uma configuração conhecida de têmpera de extremidade. Por isso, um resultado Jominy deve ser acompanhado das condições do ensaio, da designação do material e da norma aplicável. Uma curva sem esse contexto é uma evidência incompleta.

O corpo de prova é cilíndrico porque uma forma repetível facilita a comparação da resposta de temperatura e transformação entre diferentes ensaios. A ASTM A255-20 estabelece o diâmetro do corpo de prova como 1 polegada, enquanto a ISO 642:2024 estabelece 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas dimensões devem ser relatadas conforme utilizadas; não devem ser combinadas silenciosamente em uma “barra Jominy padrão” genérica.

Têmpera com água de uma extremidade

Depois que o corpo de prova austenitizado é posicionado no equipamento, a água incide sobre uma extremidade na forma de um jato controlado. A descrição da University of Illinois identifica esse jato de água como a ação de têmpera que define o ensaio. O recurso didático de ciência dos materiais da Cambridge, publicado em 2012, explica o resultado físico: uma extremidade é temperada com água, enquanto o restante da barra resfria ao ar.

A extremidade sob o jato sofre o resfriamento mais severo. O calor deixa essa região rapidamente, reduzindo o tempo disponível para que a austenita se transforme em ferrita, perlita ou outros produtos de formação mais lenta antes que a temperatura alcance a faixa martensítica. Portanto, uma fração maior de martensita pode se formar na extremidade temperada, dependendo da composição do aço e da condição austenítica inicial. Sua dureza medida pode ser elevada, mas esse valor isolado representa apenas a resposta em uma localização, sob a parte mais severa desse histórico específico de resfriamento.

O restante do corpo de prova não é pulverizado diretamente. Ele perde calor por meio de suas superfícies expostas e por condução em direção à extremidade temperada, ao mesmo tempo que troca calor com o ar circundante. Consequentemente, sua taxa de resfriamento é menor que a da extremidade, embora a taxa exata dependa da posição, da geometria do corpo de prova, das condições da água, da temperatura, do estado da superfície e das propriedades térmicas do aço. O ensaio não impõe uma única taxa de resfriamento uniforme a todo o cilindro.

Essa configuração também explica por que o ensaio Jominy não é simplesmente um ensaio de dureza com um dispositivo especial. Um ensaio de dureza convencional poderia fornecer um único valor de uma localização selecionada. O ensaio de têmpera de extremidade produz intencionalmente uma série de localizações com diferentes históricos térmicos e, em seguida, compara suas respostas de dureza. A Materials Education Foundation descreve o método nesses termos: a dureza é medida em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço.

Criação de um gradiente de taxa de resfriamento ao longo do corpo de prova

A medição principal é a distância em relação à extremidade temperada com água. Imediatamente nessa extremidade, o resfriamento é mais severo. À medida que se afasta dela, o resfriamento torna-se progressivamente menos severo, produzindo uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo da barra, conforme explica a Cambridge. Assim, um único corpo de prova representa muitas condições de têmpera, desde uma resposta à têmpera severa com água próxima à extremidade até respostas de resfriamento mais lento ao ar nas regiões mais afastadas.

Após o resfriamento, são realizadas medições de dureza em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada. Essas leituras são representadas em função da distância, produzindo a curva de temperabilidade Jominy. Uma curva com declínio lento indica que uma dureza substancial persiste mais longe da extremidade; um declínio acentuado indica que a dureza fica restrita à região mais próxima da têmpera severa. A curva descreve a distribuição da dureza produzida por essa configuração definida de resfriamento, o que corresponde à definição de temperabilidade apresentada no capítulo da ASM sobre aços-carbono e aços de baixa liga como a propriedade que governa a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera.

A curva, por si só, não informa a dureza de todos os componentes possíveis. Uma engrenagem, uma placa, um eixo ou uma barra espessos apresentam seus próprios gradientes de temperatura entre a superfície e o centro, e seu meio de têmpera e sua agitação podem diferir da configuração Jominy. Converter uma distância Jominy em uma resposta esperada de um componente exige correlações apropriadas ou uma análise separada do tratamento térmico. A curva também não elimina os efeitos da composição ou do tamanho do grão da austenita. Esses fatores contribuem para determinar a própria curva.

Portanto, um ensaio Jominy pode comparar aços ou condições de tratamento térmico quando os corpos de prova e os procedimentos são controlados. Ele pode mostrar até onde se estende a resposta de dureza de um aço sob o histórico prescrito de têmpera de extremidade. Não pode transformar um único valor de indentação em uma descrição completa da temperabilidade. O resultado útil é a relação entre dureza e distância, associada às dimensões do corpo de prova, ao tratamento de austenitização, às condições da têmpera com água, ao método de medição da dureza e à norma aplicável.

Geometria do Corpo de Prova e Normas de Ensaio

Um resultado Jominy só é significativo quando se conhecem o corpo de prova, o ciclo de aquecimento, a disposição da têmpera, as medições de dureza e o método de apresentação dos resultados. O ensaio não produz uma constante do material desvinculada de seu procedimento. Ele registra como um corpo de prova de aço específico responde a um histórico térmico definido, com a dureza medida variando à medida que aumenta a distância em relação à extremidade temperada.

Essa distinção é importante porque dureza e temperabilidade respondem a perguntas diferentes. Dureza é a resistência medida em uma determinada localização, sob um método de ensaio especificado. Temperabilidade é a profundidade e a distribuição da dureza produzidas quando o aço é temperado. A ASTM A255-20 a define como “a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado”. Portanto, uma curva Jominy necessita de mais informações do que um único valor de dureza: ela requer a distância em relação à extremidade temperada e as condições que produziram o gradiente de resfriamento.

ASTM A255 e o corpo de prova de 1 polegada

A ASTM A255-20, Métodos de ensaio padrão para determinação da temperabilidade do aço, especifica o ensaio quantitativo de têmpera na extremidade, ou ensaio Jominy, utilizando um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. Essa dimensão não é uma descrição casual de uma barra de ensaio. Ela faz parte do método de ensaio e afeta a resposta térmica do corpo de prova antes, durante e após a têmpera na extremidade.

O procedimento usual começa com o aquecimento do corpo de prova cilíndrico até a temperatura de austenitização exigida. Em seguida, ele é posicionado no dispositivo de ensaio, e um jato de água entra em contato com uma das extremidades. A extremidade temperada resfria-se mais rapidamente; as regiões mais afastadas recebem um resfriamento direto menor e, portanto, resfriam-se sob condições diferentes. Após o resfriamento, a dureza é medida em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada, e essas leituras são plotadas para formar uma curva de temperabilidade. O Laboratório de Tecnologia e Inovação de Materiais da University of Illinois descreve essa sequência como o aquecimento de um corpo de prova cilíndrico até a temperatura de austenitização, a têmpera de uma extremidade com um jato de água e a medição da dureza ao longo do corpo de prova.

A geometria cria uma faixa controlada, e não uma única taxa de resfriamento. Conforme explica a University of Cambridge, uma extremidade é temperada com água, enquanto o restante resfria-se ao ar, produzindo uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo da barra. Consequentemente, a curva mostra até que distância o aço mantém sua capacidade de formar produtos de transformação duros à medida que a severidade do resfriamento diminui com a distância.

Uma queda acentuada da dureza pode indicar que o aço endurece fortemente apenas nas proximidades da extremidade temperada. Uma curva mais plana indica que a dureza é mantida mais distante dessa extremidade sob as condições do ensaio. Nenhuma dessas observações deve ser convertida em uma afirmação universal sobre todos os componentes possíveis. Peças reais têm diâmetros, formas, históricos de forno, tempos de transferência e meios de têmpera diferentes. Uma curva Jominy é uma comparação padronizada de resposta, não um mapa direto de dureza para todas as geometrias.

A ASTM A255 também é importante quando o material é identificado por uma designação de grau. Um resultado relatado para um aço-carbono ou aço de baixa liga deve identificar o grau, a corrida ou a identidade da amostra, quando aplicável, a orientação do corpo de prova, se for relevante para o registro do ensaio, e a edição vigente do método. A composição do aço e o tamanho do grão da austenita são influências primárias sobre a temperabilidade, conforme observa a ASM International. Portanto, a curva está vinculada tanto ao material ensaiado quanto à sua condição térmica anterior.

ISO 642:2024 e o corpo de prova de 25 mm por pelo menos 100 mm

A ISO 642:2024, Aço — Ensaio de temperabilidade por têmpera na extremidade (ensaio Jominy), especifica um corpo de prova com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essa geometria se assemelha à disposição da ASTM, mas “semelhante” não significa “idêntica”. Um diâmetro de 25 mm é aproximadamente 0,4 mm menor que 1 polegada, ou 25,4 mm. Essa diferença pode parecer pequena, mas um ensaio baseado em norma é definido por suas dimensões e procedimentos especificados, e não por uma semelhança visual.

A designação ISO também estabelece um comprimento mínimo: o corpo de prova deve ter pelo menos 100 mm de comprimento. O diâmetro e o comprimento devem ser considerados juntamente com os requisitos relativos ao aquecimento, posicionamento, têmpera na extremidade, preparação da superfície, ensaio de dureza e apresentação dos resultados. Um laboratório não pode estabelecer conformidade com a ISO 642:2024 simplesmente colocando qualquer barra sob um jato de água e plotando a dureza. O método completo rege o resultado.

Isso é particularmente importante quando os dados são transferidos entre laboratórios ou comparados com curvas publicadas. Dois registros podem utilizar a palavra “Jominy”, mas um pode identificar a ISO 642:2024 e o outro, a ASTM A255-20. O princípio nominal do ensaio é o mesmo: uma peça de aço aquecida é temperada em uma extremidade, e a dureza é medida em distâncias progressivamente maiores. Ainda assim, os requisitos dimensionais e procedimentais devem ser verificados antes que as curvas sejam tratadas como diretamente equivalentes.

O comprimento mínimo do corpo de prova ISO também ilustra por que uma dimensão do corpo de prova não é um número isolado. Deve haver material suficiente além da extremidade temperada para proporcionar a faixa pretendida de resposta ao resfriamento e as posições de medição. Alterar o comprimento, a condição da extremidade, o dispositivo, o fornecimento de água ou o tempo pode modificar o histórico térmico. A curva medida passará então a descrever o ensaio alterado, e não necessariamente a resposta especificada pela ISO 642:2024.

Por que as normas e as dimensões do corpo de prova não devem ser confundidas

A ASTM A255 e a ISO 642:2024 descrevem ensaios de têmpera na extremidade estreitamente relacionados, mas as normas devem ser identificadas, em vez de serem reduzidas a um “valor Jominy” indefinido. O método ASTM especifica um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas são exigências dimensionais fundamentadas, e não denominações intercambiáveis.

Portanto, um relatório consistente deve declarar a norma e a edição, as dimensões do corpo de prova, a identificação do aço, as condições de austenitização, os detalhes da têmpera, a escala de dureza, as distâncias de medição e a curva ou tabela de dados resultante. Se um laboratório modificar uma dimensão ou um procedimento exigido, o relatório deve identificar o ensaio como modificado, em vez de sugerir conformidade exata.

Essa disciplina de apresentação dos resultados evita um erro comum: atribuir um único valor de dureza à temperabilidade. Uma leitura de dureza a 10 mm, 20 mm ou outra distância descreve um ponto da curva de resposta. Ela não estabelece toda a profundidade ou distribuição do endurecimento. A Materials Education Foundation descreve o ensaio Jominy como a medição da dureza em distâncias crescentes a partir de uma extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço; as várias posições de medição são fundamentais para o método.

A norma faz parte do resultado. Sem ela, “dureza Jominy” deixa sem resposta quais geometria do corpo de prova, disposição de resfriamento, regras de preparação e regras de medição foram utilizadas. Com a norma identificada, a curva adquire um significado definido e pode ser comparada com a devida cautela.

Da distância de têmpera à curva de temperabilidade

Um ensaio Jominy transforma um único corpo de prova temperado em uma série de observações de dureza. A variável fundamental não é simplesmente o grau de dureza do aço em um único ponto. É a forma como a dureza medida se modifica à medida que a taxa de resfriamento local diminui com o aumento da distância em relação à extremidade temperada.

A ASTM A255-20 define temperabilidade como a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado. Seu método quantitativo de têmpera pela extremidade utiliza um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro (ASTM International, 2020). A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova de aço com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento para o ensaio de têmpera pela extremidade (International Organization for Standardization, 2024). Essas dimensões são próximas, mas não devem ser tratadas como descrições intercambiáveis de todos os ensaios. A norma aplicável determina os requisitos relativos ao corpo de prova, ao aquecimento, à têmpera, ao método de medição da dureza e à apresentação dos resultados.

O ensaio começa com o aquecimento da peça cilíndrica até a temperatura de austenitização especificada. Em seguida, uma extremidade é exposta a um jato de água, enquanto o restante da barra resfria ao ar. A University of Illinois descreve essa sequência como a base do procedimento Jominy (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024). Como a extremidade temperada perde calor mais rapidamente, ela é submetida ao resfriamento mais severo. O resfriamento torna-se progressivamente menos severo ao longo da barra, à medida que aumenta a distância. A University of Cambridge descreve essa configuração como produtora de uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo do corpo de prova (University of Cambridge, 2012).

Preparação das superfícies para a medição da dureza

A dureza não pode ser medida de forma confiável em uma superfície coberta por carepa, material descarbonetado, marcas de usinagem ásperas ou uma camada irregular de óxido. Depois que o corpo de prova conclui a têmpera prescrita e esfria o suficiente para ser manuseado, a superfície utilizada para as leituras é preparada de modo que o penetrador encontre aço íntegro, e não material alterado ou danificado.

A própria extremidade temperada não é o único local relevante. A superfície de medição se estende longitudinalmente a partir dessa extremidade, permitindo que as leituras de dureza sejam realizadas a distâncias conhecidas. Portanto, a preparação da superfície deve produzir uma faixa razoavelmente plana e limpa ao longo da barra. A retificação ou a usinagem remove a carepa e a camada próxima à superfície afetada pelo aquecimento, enquanto um acabamento controlado limita os erros causados por ranhuras, ondulações ou calor excessivo de retificação. A preparação não deve introduzir um novo efeito térmico nem remover tanto material a ponto de alterar a geometria prevista do corpo de prova e os locais de medição.

A prática exata de acabamento, a escala de dureza, o espaçamento e o formato de apresentação dos resultados pertencem à norma de ensaio selecionada. A ASTM A255-20 e a ISO 642:2024 não devem ser combinadas de maneira casual: um laboratório que siga os requisitos da ASTM deve preparar e medir o corpo de prova conforme especificado pela ASTM, enquanto um ensaio ISO deve seguir a ISO 642. A questão é procedimental, e não estética. Uma impressão de dureza feita sobre carepa ou aço descarbonetado pode indicar a condição dessa superfície, em vez da condição do aço temperado abaixo dela.

A superfície também precisa ter largura suficiente e separação adequada entre as impressões para que as leituras de dureza permaneçam independentes. Indentações posicionadas muito próximas umas das outras, muito perto de uma borda ou sobre uma área visivelmente defeituosa podem distorcer o resultado. Se a superfície for curva ou estiver mal acabada, o penetrador poderá não se assentar corretamente. Por esses motivos, um resultado Jominy é uma sequência de medição controlada, e não uma verificação informal de dureza realizada em qualquer ponto da barra.

Medição da dureza em distâncias crescentes

Depois que a superfície de medição está pronta, a dureza é registrada em uma série de distâncias crescentes a partir da extremidade temperada em água. A primeira leitura representa o aço que resfriou sob a condição mais severa do ensaio. As leituras posteriores representam locais que resfriaram mais lentamente. A distância é medida a partir da extremidade temperada ao longo do corpo de prova, e cada leitura é associada à sua posição exata.

A Materials Education Foundation descreve o ensaio Jominy como a medição da dureza em distâncias crescentes a partir de uma extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço (Materials Education Foundation, 2024). Essa formulação captura a distinção essencial: o ensaio não pergunta apenas “Qual é a dureza deste aço?”. Ele pergunta: “Como a resposta de dureza do aço se modifica à medida que a condição de resfriamento muda ao longo de um corpo de prova definido?”

A escala de dureza deve ser identificada. Para muitos resultados Jominy de aços, a dureza é apresentada na escala Rockwell C quando o material é suficientemente duro para essa escala, mas a norma selecionada e a faixa medida determinam o método permitido. Um valor sem sua escala é incompleto. “52” poderia referir-se a HRC, a outra escala Rockwell ou a um método de dureza diferente, e esses valores não podem ser comparados como se descrevessem a mesma propriedade.

Uma única leitura próxima à extremidade temperada pode mostrar a dureza alcançada sob uma condição de resfriamento severa. Ela não estabelece até que distância essa dureza se estende. Da mesma forma, uma leitura de dureza realizada mais distante da extremidade pode refletir um resfriamento mais lento, mas, por si só, não pode descrever toda a transição entre durezas alta e baixa. A temperabilidade é uma distribuição de respostas, e não um único número de dureza.

A composição química do aço e o tamanho de grão da austenita são influências primárias sobre essa resposta, segundo a ASM International (1990). O carbono afeta a dureza atingível da estrutura transformada, enquanto os elementos de liga e o tamanho de grão afetam as condições de resfriamento necessárias para as transformações concorrentes. A curva Jominy registra o resultado combinado desses fatores sob o histórico de ensaio especificado. Ela não isola, por si só, a composição nem o tamanho de grão.

Representação gráfica da dureza em função da distância da extremidade temperada

As leituras se transformam em uma curva de temperabilidade quando a dureza é representada no eixo vertical em função da distância da extremidade temperada no eixo horizontal. O eixo vertical deve indicar a escala de dureza, como HRC, quando aplicável. O eixo horizontal deve indicar as unidades de distância e o ponto de referência: zero corresponde à extremidade temperada em água, e o aumento da distância significa um resfriamento progressivamente menos severo.

A curva normalmente começa com a dureza medida mais próxima da extremidade temperada e, em seguida, acompanha a resposta de dureza ao longo da barra. Uma queda acentuada significa que a dureza diminui substancialmente em uma distância curta. Em termos práticos, o aço conserva sua elevada dureza de têmpera somente em uma parte relativamente limitada deste corpo de prova. Uma queda mais gradual significa que a dureza medida permanece mais alta a uma distância maior da extremidade temperada, indicando maior profundidade de endurecimento sob o gradiente de resfriamento Jominy. A forma da curva é tão importante quanto o primeiro ponto.

A curva deve ser traçada a partir das observações medidas, e não substituída por um único valor selecionado. Ensaios replicados, métodos de ajuste permitidos, incerteza de medição e as regras de apresentação da ASTM A255-20 ou da ISO 642:2024 determinam como o resultado final deve ser apresentado. Uma linha suave pode ajudar a mostrar a tendência, mas não deve ocultar leituras dispersas nem sugerir uma precisão que as medições não sustentem.

Uma curva Jominy é uma resposta a um histórico definido de têmpera pela extremidade. Ela pode comparar aços ensaiados sob os mesmos requisitos e mostrar como a dureza se modifica com a distância. Por si só, porém, não pode prever o perfil exato de dureza em uma engrenagem, placa, eixo ou peça fundida espessa temperada em um tanque específico. A geometria do componente, a agitação, o meio de têmpera, o tempo de transferência, a prática de austenitização e a microestrutura inicial alteram o histórico de resfriamento. Portanto, a curva é uma evidência da temperabilidade sob as condições de ensaio especificadas — não um substituto para a análise do tratamento térmico de um componente específico.

Velocidade de Resfriamento, Transformação e o Significado da Curva

Condições de resfriamento contínuo ao longo da barra

Um corpo de prova Jominy não experimenta uma única severidade de têmpera de uma extremidade à outra. Ele experimenta um gradiente. No ensaio padronizado, um corpo de prova cilíndrico de aço é primeiro aquecido até sua temperatura de austenitização; em seguida, uma extremidade é exposta a um jato de água, enquanto o restante do corpo de prova resfria ao ar. O Laboratório de Tecnologia e Inovação de Materiais da University of Illinois descreve essa sequência como o procedimento Jominy básico (2024). A extremidade resfriada com água perde calor rapidamente; as posições mais afastadas recebem menos resfriamento direto e trocam calor principalmente através do corpo de prova e do ar circundante.

Essa configuração cria uma faixa contínua de condições de resfriamento ao longo da barra, conforme explica a University of Cambridge em sua descrição do ensaio (2012). O histórico exato de resfriamento não é determinado apenas pela distância. Ele também depende da geometria do corpo de prova, da temperatura inicial, da configuração do jato de água, das condições da têmpera, das superfícies expostas e das propriedades térmicas do aço. Portanto, a distância é uma localização controlada no ensaio, e não uma conversão universal em uma única velocidade de resfriamento aplicável a todos os corpos de prova ou componentes produzidos.

As dimensões fazem parte do método, não são detalhes incidentais. A ASTM A255-20 especifica o ensaio quantitativo de têmpera na extremidade com um corpo de prova cilíndrico de 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova de 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas designações e dimensões não devem ser misturadas casualmente ao comparar resultados, pois uma mudança na geometria ou no procedimento pode alterar o fluxo de calor e, consequentemente, a resposta à transformação. Uma curva Jominy só tem significado em relação à norma e às condições de ensaio sob as quais foi produzida.

A barra também não é um componente em miniatura com um padrão simples de resfriamento “superfície versus centro”. Um componente temperado em óleo, água, solução de polímero ou gás desenvolve um campo espacial de resfriamento governado por sua forma e pela transferência de calor em suas superfícies. Já o corpo de prova Jominy fornece um gradiente laboratorial repetível. Ele amostra várias severidades de resfriamento em um único ensaio, mas não reproduz todas as geometrias de componentes.

Essa distinção é importante porque a temperabilidade é uma resposta a um histórico térmico definido. A ASTM A255-20 a define como a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado. O capítulo da ASM sobre aços carbono e de baixa liga descreve essa mesma propriedade como aquela que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera (ASM International, 1990). Nenhuma das duas definições afirma que a temperabilidade é o número de dureza do aço antes ou depois da têmpera.

Transformação da austenita durante a têmpera

O aquecimento converte a estrutura inicial em austenita, desde que o tratamento de austenitização selecionado seja adequado ao grau e à condição do material. A têmpera então remove calor suficientemente rápido — ou suficientemente devagar em uma determinada posição — para determinar quais transformações podem ocorrer à medida que a austenita resfria. A questão fundamental não é simplesmente o quão frio o corpo de prova se torna. É por quanto tempo a austenita permanece em faixas de temperatura nas quais produtos formados por difusão podem se formar antes que o material atinja condições de transformação em temperaturas mais baixas.

Na extremidade temperada em água, o histórico de resfriamento pode suprimir transformações que, de outra forma, produziriam ferrita, perlita ou constituintes bainíticos, permitindo que uma proporção maior da austenita se transforme em martensita durante o resfriamento subsequente. Mais distante da extremidade temperada, a trajetória térmica menos severa oferece às transformações concorrentes mais oportunidade de começar. A estrutura final pode então conter uma mistura diferente de produtos de transformação, e sua dureza pode diminuir de acordo. A curva registra essa mudança, mas, por si só, não identifica cada constituinte nem fornece uma fração de fase.

Essa limitação é essencial. Uma leitura de dureza não pode estabelecer um diagrama completo de transformação, e uma curva Jominy não pode ser interpretada como uma lista direta de velocidades de resfriamento, a menos que essas velocidades tenham sido determinadas separadamente para o mesmo equipamento e sob as mesmas condições. A curva é um registro indireto: cada distância corresponde a uma resposta térmica específica naquele ensaio, e a dureza medida reflete a microestrutura produzida por essa resposta.

A composição controla a facilidade com que as transformações são retardadas ou permitidas durante o resfriamento. O carbono afeta fortemente a dureza que a martensita pode atingir, enquanto os elementos de liga podem deslocar o comportamento de transformação e aumentar a profundidade na qual uma têmpera produz uma estrutura martensítica endurecida. O tamanho do grão de austenita também é importante. A ASM identifica a composição do aço e o tamanho do grão de austenita como fatores primários que afetam a temperabilidade (ASM International, 1990). Um tamanho maior de grão de austenita prévio pode alterar as condições de nucleação e a cinética de transformação; assim, dois corpos de prova nominalmente do mesmo grau podem produzir curvas diferentes se seus históricos térmicos ou suas estruturas de grão forem distintos.

Portanto, o ensaio mede a resposta de uma condição material específica, e não de um rótulo abstrato de grau. A temperatura de austenitização, o tempo de permanência, o processamento anterior, o tamanho do grão, a condição da superfície e os detalhes da têmpera influenciam aquilo em que a austenita se transforma. Um resultado obtido em uma determinada condição não deve ser tratado como prova de que todo tratamento térmico dessa designação produzirá a mesma curva.

Por que a dureza muda com a distância

A dureza muda com a distância porque a distância altera o histórico de resfriamento, e o histórico de resfriamento altera a microestrutura resultante. Próximo à extremidade temperada, o corpo de prova perde calor com maior intensidade. Mais distante, o calor permanece por mais tempo na barra e escapa sob condições diferentes. As estruturas resultantes podem, portanto, variar de um material predominantemente martensítico próximo à extremidade até misturas contendo produtos de transformação mais macios nas posições que resfriaram com menor severidade. A transição exata depende do grau e da condição do material; ela deve ser medida, não inventada a partir de um diagrama genérico.

O teor de carbono contribui para o valor medido, mas não explica toda a curva. A dureza da martensita depende fortemente do carbono; assim, dois aços com diferentes teores de carbono podem apresentar diferentes níveis de dureza mesmo que sua resposta ao endurecimento seja, de outro modo, semelhante. Inversamente, aços com teores de carbono comparáveis podem apresentar diferentes durezas na mesma distância Jominy quando a liga, o tamanho do grão, a limpeza ou a prática de austenitização altera o comportamento de transformação.

O valor medido também depende do método de dureza e da preparação do ensaio. Descarbonetação superficial, rugosidade, alinhamento, espaçamento entre as impressões, escala de medição e defeitos locais podem distorcer o resultado. Normalmente, o ensaio é realizado em distâncias sucessivas a partir da extremidade temperada, após a preparação de uma superfície longitudinal plana ou de outra superfície de medição especificada; em seguida, a dureza é plotada em função da distância. A Materials Education Foundation descreve essa interpretação básica: mede-se a dureza em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada para determinar a temperabilidade (2024).

A linha plotada, portanto, não é uma classificação direta da dureza de todo o aço. Ela é um mapa da resposta de dureza sob o gradiente térmico Jominy. Um valor relativamente alto longe da extremidade temperada indica que o aço manteve uma resposta ao endurecimento sob uma condição de resfriamento menos severa do que aquela experimentada na extremidade. Uma queda rápida indica que a microestrutura se torna mais macia à medida que o resfriamento se torna menos severo. Essas afirmações dizem respeito à forma e à posição da curva de resposta, e não a uma classificação universal baseada em um único número de dureza isolado.

Um engenheiro de componentes pode usar a curva para comparar a resposta de resfriamento de um aço com as condições de resfriamento esperadas em uma peça, mas somente depois de considerar o tamanho da seção, a geometria, o meio de têmpera e a prática de tratamento térmico. O resultado Jominy não prova que um componente terá dureza idêntica em todas as posições correspondentes. Ele fornece evidências controladas sobre como o aço se transforma à medida que a severidade do resfriamento diminui. Esse é o significado da curva e é por isso que a temperabilidade deve permanecer distinta da dureza.

Composição e tamanho de grão da austenita

A temperabilidade não é sinônimo de dureza. A ASTM A255-20 define temperabilidade como a profundidade até a qual o aço endurece quando submetido à têmpera, enquanto o ASM Handbook a descreve como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. Um aço pode atingir elevada dureza próximo a uma superfície temperada e, ainda assim, perder dureza rapidamente em direção ao interior. Outro aço pode apresentar dureza superficial semelhante, mas manter martensita — e, portanto, dureza útil — a uma distância maior da superfície temperada.

A distinção fica clara no ensaio Jominy de têmpera na extremidade. A ASTM A255-20 especifica um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro; a ISO 642:2024 especifica um corpo de prova com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas dimensões não são detalhes intercambiáveis quando os resultados são comparados. O corpo de prova é aquecido até a condição de austenitização especificada, suspenso verticalmente e temperado em uma extremidade por um jato de água. A University of Illinois descreve medições de dureza realizadas a distâncias crescentes dessa extremidade temperada, enquanto a University of Cambridge explica que a extremidade resfriada pela água e o restante resfriado ao ar criam uma faixa contínua de velocidades de resfriamento ao longo da barra. Um gráfico de dureza em função da distância é a curva de temperabilidade Jominy.

A curva é uma resposta à composição, ao histórico térmico anterior, à geometria do corpo de prova, ao tratamento de austenitização e ao padrão de resfriamento imposto. Ela não é uma única constante do material independente das condições do ensaio. A ASM International identifica a composição do aço e o tamanho de grão da austenita como fatores primários que afetam a temperabilidade. Esses fatores atuam por mecanismos diferentes e não devem ser reduzidos à única pergunta: “Qual é a dureza do aço?”

O papel da composição do aço

TemperabilidadeTemperabilidade Capacidade de o aço desenvolver e reter dureza a uma profundidade maior durante uma têmpera definida; é distinta da dureza máxima.

A composição afeta a temperabilidade principalmente ao modificar as temperaturas e as velocidades nas quais a austenita se transforma durante o resfriamento. Elementos de liga como manganês, cromo, níquel e molibdênio podem retardar as transformações da austenita em ferrita, perlita ou bainita. Com essas transformações deslocadas para tempos mais longos, uma parcela maior de uma seção pode evitá-las durante a têmpera e formar martensita. O resultado é um perfil de dureza mais profundo, desde que a velocidade de resfriamento e o teor de carbono do aço permitam a formação de martensita.

O carbono participa desse quadro, mas suas funções devem ser separadas. Ele contribui fortemente para a dureza que a martensita pode atingir. Os elementos de liga, por outro lado, são especialmente importantes para modificar a cinética das transformações e, consequentemente, a velocidade de resfriamento necessária para suprimir os produtos difusionais ao longo da seção. O carbono também altera o comportamento das transformações, portanto essa divisão não é absoluta; trata-se de uma distinção de ênfase. Dizer que “mais liga significa aço mais duro” é simplista demais. Uma afirmação mais precisa é que o teor de elementos de liga pode tornar determinado histórico de resfriamento mais capaz de produzir martensita em profundidade, enquanto o carbono determina em grande medida a dureza atingível dessa martensita, juntamente com fatores como revenimento e microestrutura.

A composição deve, portanto, ser identificada pelo grau, pela especificação e pela designação aplicável exatos. “4140”, por exemplo, refere-se a uma designação de aço-liga de cromo-molibdênio, mas um resultado relatado ainda exige a especificação pertinente do produto, os limites de composição química, o tratamento térmico e o método de ensaio. O nome do grau não elimina as faixas de composição permitidas. Duas corridas dentro da mesma designação podem ocupar posições diferentes dentro desses limites, e pequenas alterações no teor de carbono ou de elementos de liga podem modificar o comportamento das transformações. “Aço de baixa liga” é uma descrição útil de uma família, mas não uma definição química suficiente para comparar duas curvas Jominy.

A mesma cautela se aplica aos aços-carbono e aos graus destinados à cementação. Um aço-carbono comum e um aço de níquel-cromo-molibdênio podem apresentar durezas semelhantes na extremidade temperada, mas inclinações diferentes e diferentes distâncias ao longo das quais a dureza é mantida. Inversamente, uma composição com alto teor de carbono pode produzir elevada dureza próxima à superfície sem endurecer profundamente em uma seção de grandes dimensões. A curva fornece evidências para a condição de resfriamento ensaiada; o grau nominal, por si só, não.

O resultado Jominy também não pode ser transferido diretamente para componentes de qualquer geometria. Uma barra cilíndrica, uma placa e um forjado complexo perdem calor de maneiras diferentes. O tamanho da seção, a condição superficial, a agitação do meio de têmpera e a presença de cantos modificam o histórico local de resfriamento. A análise de temperabilidade de Grossman e outros métodos de engenharia podem relacionar a resposta do material à severidade da têmpera e à geometria da seção, mas uma curva Jominy, isoladamente, não informa a dureza em cada ponto de uma peça arbitrária.

Teor de carbono e dureza martensítica atingível

A martensita se forma quando a austenita é resfriada suficientemente rápido para impedir ou limitar a transformação difusional, mas a dureza dessa martensita depende fortemente do carbono dissolvido na austenita antes da têmpera. O aumento do teor de carbono geralmente eleva a dureza martensítica não revenida atingível na faixa útil de carbono, porque o carbono distorce a rede martensítica e aumenta a resistência à deformação. Esse é um efeito sobre a dureza, não uma justificativa para usar o teor de carbono como medida completa da temperabilidade.

Um aço de baixo carbono pode endurecer ao longo de uma seção sob um histórico de resfriamento adequado e, ainda assim, apresentar dureza máxima inferior à de um aço com maior teor de carbono. O aço com maior teor de carbono pode apresentar uma extremidade Jominy muito dura e, ao mesmo tempo, uma queda acentuada da dureza com a distância, caso sua composição não retarde suficientemente a formação de perlita, ferrita ou bainita. O aço-liga de baixo carbono pode apresentar um limite de dureza inferior, mas manter essa dureza a uma distância maior da extremidade temperada. São resultados diferentes: dureza martensítica atingível versus profundidade de endurecimento.

O carbono também afeta a quantidade e a estabilidade da austenita durante a austenitização. Se o carbono não for adequadamente dissolvido, a composição da austenita será diferente da composição nominal do volume; se ocorrer dissolução excessiva, podem ocorrer crescimento de grão e outras alterações. Consequentemente, a curva medida reflete a temperatura de austenitização e o procedimento de permanência selecionados, e não apenas a composição química. Após a têmpera, o revenimento modifica ainda mais a dureza; portanto, um perfil de dureza revenido não deve ser comparado com uma curva Jominy no estado temperado como se ambos representassem a mesma condição.

Um número de dureza na extremidade resfriada em água é, portanto, uma evidência incompleta. Ele pode indicar a dureza disponível a partir da composição martensítica local, mas não mostra com que rapidez a dureza diminui, onde começam as microestruturas mistas ou quanto de uma seção maior pode endurecer. A curva dependente da distância é a medição relevante.

Tamanho de grão da austenita como influência sobre a temperabilidade

O tamanho do grão da austenita prévia afeta a temperabilidade porque produtos de transformação como ferrita e perlita comumente nucleiam nos contornos de grão da austenita. Grãos de austenita mais grosseiros oferecem menor área de contorno de grão por unidade de volume, reduzindo o número de possíveis sítios de nucleação e tendendo a retardar a transformação difusional durante o resfriamento. Esse retardamento pode permitir a formação de martensita a uma velocidade de resfriamento menor; assim, um tamanho de grão da austenita prévia mais grosseiro pode aumentar a temperabilidade medida.

Esse efeito não constitui uma melhoria gratuita. O crescimento de grão pode reduzir a tenacidade e alterar o comportamento dimensional, e um tamanho de grão excessivo pode ser inaceitável mesmo quando aumenta a aparente profundidade de endurecimento. Grãos finos geralmente promovem uma transformação difusional mais precoce, mas podem proporcionar melhor tenacidade e desempenho mecânico mais estável. A escolha adequada depende do componente, do tratamento térmico e das propriedades exigidas, e não da maximização de uma única distância Jominy.

O tamanho de grão também explica por que as curvas não podem ser comparadas sem seus históricos de tratamento térmico anteriores. Dois corpos de prova cortados da mesma especificação podem produzir resultados diferentes se um deles tiver sido normalizado, outro tiver permanecido por mais tempo em uma temperatura de austenitização mais elevada, ou se as práticas de aquecimento e resfriamento tiverem produzido tamanhos de grão da austenita prévia diferentes. Carbonetos, partículas ricas em elementos de liga não dissolvidas e segregação podem afetar ainda mais a composição da austenita disponível durante a têmpera. Portanto, o relatório do ensaio deve identificar a temperatura de austenitização, o tempo de permanência, a condição do corpo de prova e o procedimento de medição, juntamente com a composição química.

Uma curva Jominy é significativa quando essas variáveis são controladas. A composição determina, entre outros fatores, como a cinética das transformações responde ao resfriamento; o carbono ajuda a determinar a dureza da martensita formada; e o tamanho de grão da austenita modifica a facilidade com que as transformações concorrentes têm início. Juntos, esses fatores explicam por que a temperabilidade é uma resposta medida, e não um rótulo de dureza. Quando o grau, o tamanho de grão, o tratamento anterior, as dimensões do corpo de prova e a norma de ensaio estão claramente definidos, a curva pode fundamentar uma comparação defensável. Sem essas informações, um valor de dureza ou uma curva sem identificação favorece exatamente a confusão que o ensaio pretende evitar.

Aços-carbono, aços de baixa liga e comparações entre classes

Resposta do aço-carbono à têmpera

O aço-carbono não apresenta uma única resposta fixa de temperabilidade. Seu comportamento depende do teor de carbono, do tamanho do grão de austenita prévia, do tamanho da seção, da prática de austenitização e da severidade da têmpera. O teor de carbono afeta fortemente a dureza que a martensita pode atingir, mas esse fato, por si só, não estabelece até que profundidade determinado aço endurecerá a partir de uma superfície temperada. Um corpo de prova pequeno pode desenvolver alta dureza superficial, enquanto uma seção maior retém ferrita, perlita ou bainita em direção ao centro, porque o interior esfria mais lentamente.

Essa distinção é fundamental no capítulo da ASM Hardenability of Carbon and Low-Alloy Steels, publicado em 1990. O capítulo define temperabilidade como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera, e não a dureza máxima medida em um único ponto. A ASTM A255-20 utiliza uma linguagem estreitamente relacionada, definindo temperabilidade como “a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado” (ASTM International, 2020). Portanto, a dureza é um valor observado em um ponto especificado; a temperabilidade descreve o padrão de resposta ao longo do material.

Em um aço-carbono comum, o aumento do teor de carbono geralmente eleva a dureza atingível nas regiões totalmente martensíticas, sujeito à microestrutura e ao tratamento térmico do aço. Isso não significa que toda classe com maior teor de carbono produzirá uma zona endurecida mais profunda ou mais uniforme em qualquer condição de têmpera. O carbono também afeta o comportamento de transformação da austenita, enquanto o manganês e os elementos residuais podem deslocar a resposta, mesmo quando a designação é descrita amplamente como “aço-carbono”. A faixa química efetiva é relevante.

O ensaio de têmpera na extremidade Jominy torna visível essa resposta espacial. Conforme descrito pelo Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois, um corpo de prova cilíndrico é aquecido até sua temperatura de austenitização especificada, e uma de suas extremidades é temperada com um jato de água (University of Illinois, 2024). Em seguida, mede-se a dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada. O gráfico resultante de dureza em função da distância é a curva Jominy.

A curva existe porque o corpo de prova não esfria a uma taxa uniforme em toda a sua extensão. O recurso sobre transformações de materiais da University of Cambridge explica que o resfriamento com água em uma extremidade e com ar no restante produz uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo da barra (University of Cambridge, 2012). Próximo ao jato, a austenita é submetida ao resfriamento mais severo; mais distante, a taxa de resfriamento diminui. Um aço-carbono cuja dureza cai acentuadamente com a distância apresenta uma resposta de temperabilidade diferente da de outro que mantém dureza semelhante ao longo de uma extensão maior do corpo de prova, mesmo que ambos apresentem a mesma dureza na extremidade temperada.

A geometria e o procedimento do ensaio devem permanecer associados ao resultado. A ASTM A255-20 especifica um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro para o ensaio quantitativo de têmpera na extremidade. A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento para o ensaio de têmpera na extremidade de aços. Essas dimensões são próximas, mas não devem ser tratadas silenciosamente como especificações intercambiáveis. A temperatura de austenitização, o tempo de permanência, a atmosfera do forno, o tempo de transferência, a temperatura da água, a condição do jato, a escala de dureza, o espaçamento entre medições e a preparação da superfície podem afetar a curva relatada.

Adições de elementos de baixa liga e resposta ao endurecimento em toda a seção

As adições de elementos de baixa liga alteram a temperabilidade principalmente ao retardar as transformações que competem com a formação de martensita durante o resfriamento. O manganês, o cromo, o molibdênio e o níquel podem alterar a temperatura e o momento de formação de ferrita, perlita e bainita. Com essas transformações retardadas, um interior que esfria mais lentamente ainda pode atingir a faixa martensítica. Essa é a base metalúrgica para uma maior resposta ao endurecimento em toda a seção em muitos aços-liga.

O efeito não segue uma regra simples de que “mais liga equivale a mais dureza”. Os elementos de liga podem influenciar a temperabilidade, a formação de carbonetos, a resposta ao revenimento, a austenita retida e a dureza da microestrutura final por mecanismos diferentes. O cromo e o molibdênio, por exemplo, podem participar das populações de carbonetos e afetar a cinética de transformação; o níquel altera o comportamento de transformação sem atuar exatamente da mesma maneira que um forte formador de carbonetos. O manganês pode aumentar a temperabilidade, mas seu efeito deve ser considerado em conjunto com o carbono, o controle do enxofre, o processamento anterior e o restante da composição. Pequenas adições de boro podem produzir um efeito substancial sobre a temperabilidade quando presentes na condição metalúrgica correta, mas seu resultado depende do carbono, do nitrogênio, da prática com titânio ou alumínio e do histórico de processamento.

A ASM identifica a composição do aço e o tamanho do grão da austenita como fatores primários que afetam a temperabilidade (ASM International, 1990). O tamanho do grão é importante porque grãos maiores de austenita prévia oferecem uma área menor de contornos de grão para a nucleação de alguns produtos de transformação difusional. Contudo, o crescimento de grão não é uma melhoria sem custo: ele pode prejudicar a tenacidade e o comportamento dimensional. Assim, uma comparação baseada apenas em uma curva medida ainda pode ser incompleta se os tratamentos térmicos pretendidos forem diferentes.

O termo “endurecimento em toda a seção” exige o mesmo cuidado. Ele não significa que toda seção transversal de uma peça de aço se tornará uniformemente martensítica. Uma curva Jominy fornece uma resposta padronizada a um gradiente de taxas de resfriamento, e não uma previsão direta para todo diâmetro, geometria, condição de agitação ou meio de têmpera. Métodos de engenharia podem utilizar dados Jominy com relações entre tamanho da seção e resfriamento, mas o resultado previsto continua vinculado às premissas desses métodos. Uma barra temperada em água, uma engrenagem temperada em óleo e uma placa temperada em polímero não compartilham um único histórico universal de resfriamento.

Tampouco um alto valor de dureza na extremidade Jominy comprova um endurecimento profundo. A extremidade é exposta ao resfriamento mais severo e pode formar martensita até mesmo em um aço cuja dureza diminua rapidamente a uma curta distância dali. Por outro lado, uma dureza medida mais baixa pode refletir o teor de carbono, o revenimento, a austenita retida ou uma mistura de fases, e não apenas uma baixa temperabilidade. A medição deve ser interpretada em conjunto com o tratamento térmico e a microestrutura.

Por que as designações das classes não substituem os dados de ensaio

Uma designação identifica uma especificação, uma composição nominal ou uma faixa química; ela não fornece uma curva Jominy medida. Comparar “aço-carbono” com “aço de baixa liga” é amplo demais para fundamentar uma afirmação sobre temperabilidade. Mesmo as comparações entre classes designadas exigem a designação exata conforme especificada, a norma aplicável, a composição da corrida ou do produto e a condição do material ensaiado.

Uma comparação defensável deve identificar pelo menos cinco itens: a designação do aço e a norma aplicável; a faixa de composição química medida, incluindo os elementos de liga e residuais relevantes; a temperatura de austenitização e o tratamento de permanência; o equipamento e o meio de têmpera; e o método de medição e a escala de dureza. Também deve declarar se o resultado provém da ASTM A255, da ISO 642, de outro procedimento definido ou de um ensaio específico da planta. Uma curva obtida com um corpo de prova ASTM de 1 polegada não deve ser apresentada como se fosse automaticamente um resultado da ISO 642, apesar das dimensões nominais semelhantes dos corpos de prova.

A variação de produção limita ainda mais o que uma designação pode estabelecer. Duas corridas comercializadas sob a mesma designação podem diferir dentro da faixa de composição permitida. Diferenças no tamanho do grão, na redução por forjamento, no histórico de normalização, na descarbonetação e na prática de austenitização podem alterar a resposta medida. Portanto, uma composição nominal publicada fornece contexto, não prova de uma determinada curva de temperabilidade.

A Materials Education Foundation descreve o método Jominy como a medição da dureza a distâncias crescentes de uma extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço (Materials Education Foundation, 2024). Essa formulação captura o limite adequado do ensaio: ele mede uma resposta de dureza gerada por um gradiente de resfriamento definido. Ele não transforma o nome de uma classe em uma classificação universal de desempenho, nem substitui a validação específica da seção quando as condições de resfriamento ou a geometria são diferentes.

Uma comparação sólida entre classes, portanto, pergunta: “Que resposta foi medida e em quais condições?”. Ela não pergunta apenas qual designação supostamente apresenta maior dureza. Somente a primeira pergunta aborda a temperabilidade.

Leitura e comparação de curvas de Jominy

Uma curva de Jominy é um gráfico da dureza medida em função da distância em relação à extremidade temperada de um corpo de prova de aço. O eixo horizontal normalmente começa na extremidade resfriada com água e se estende em direção à extremidade resfriada ao ar; o eixo vertical indica a dureza em uma escala especificada, como Rockwell C (HRC), Rockwell B (HRB) ou dureza Vickers (HV). A curva deve ser interpretada como um registro da resposta do aço a uma faixa controlada de condições de resfriamento, e não como uma única classificação de dureza.

A ASTM A255-20 define temperabilidade como a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado e especifica o ensaio quantitativo de têmpera na extremidade, utilizando um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas dimensões são próximas, mas não se deve presumir que as normas sejam intercambiáveis. O documento aplicável controla o ensaio.

Altura da curva próxima à extremidade temperada

A parte esquerda da curva, correspondente à extremidade temperada, mostra a dureza produzida sob a condição de resfriamento mais severa do ensaio. Um valor elevado nessa região indica que o material ensaiado formou um produto de transformação duro próximo à superfície sob aquela prática específica de austenitização e têmpera em água. Isso, por si só, não estabelece alta temperabilidade.

Essa distinção é importante porque o teor de carbono exerce forte efeito sobre a dureza da martensita, enquanto a temperabilidade também depende da facilidade com que transformações como perlita ou bainita são suprimidas durante o resfriamento. Dois aços podem atingir durezas semelhantes próximo à extremidade temperada e, ainda assim, divergir substancialmente mais adiante ao longo do corpo de prova. O aço cuja dureza diminui lentamente reteve uma microestrutura dura sob resfriamento mais lento e, portanto, apresenta maior profundidade de endurecimento nesse ensaio.

O valor na extremidade temperada também pode ser afetado por condições que não constituem simplesmente uma propriedade da classe do aço. A temperatura de austenitização e o tempo de manutenção influenciam a condição da austenita. O tamanho de grão da austenita é um fator primário que afeta a temperabilidade, conforme relatado pela ASM International em seu estudo de 1990 sobre dureza e temperabilidade dos aços, e o crescimento excessivo de grão pode alterar a curva. Descarbonetação superficial, oxidação, danos provocados pela retificação, alinhamento incorreto do jato de água ou uma impressão de dureza posicionada muito próxima de uma borda podem distorcer as primeiras leituras.

Por esse motivo, uma curva que começa em um nível mais alto não deve ser automaticamente descrita como “mais temperável”. Ela pode apresentar maior dureza após a têmpera na extremidade, maior temperabilidade ou ambas. O restante do perfil fornece as evidências necessárias para separar esses efeitos.

A altura da curva ainda pode ser útil quando a questão é a resposta local de dureza. Por exemplo, uma especificação pode exigir uma dureza mínima a uma distância Jominy determinada. Esse requisito é um critério de aceitação, e não uma definição geral do significado da curva. A determinação de aprovação de um valor medido deve basear-se na especificação aplicável ao material ou produto.

Forma da curva e retenção da dureza com a distância

A característica central de uma curva de Jominy é sua taxa de perda de dureza à medida que a distância aumenta. O procedimento descrito pelo Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois aquece um corpo de prova cilíndrico até sua temperatura de austenitização, tempera uma extremidade com um jato de água, mede a dureza em distâncias crescentes e plota os resultados. A University of Cambridge explica por que isso produz um perfil: a extremidade temperada esfria rapidamente, enquanto as regiões mais afastadas esfriam progressivamente mais devagar ao ar.

Uma inclinação descendente acentuada significa que a dureza é perdida em uma distância curta. Esse aço responde intensamente à mudança de um resfriamento rápido para um resfriamento mais lento. Uma curva mais plana significa que a dureza é retida a uma distância maior da extremidade temperada. Em termos metalúrgicos práticos, essa última resposta indica que uma profundidade maior do corpo de prova pode se transformar em uma estrutura dura sob um resfriamento menos severo do que o existente na extremidade.

A curva não precisa ser uma linha reta. Ela pode cair acentuadamente próximo à extremidade, tornar-se mais plana em uma região intermediária ou apresentar uma mudança de inclinação associada a transformações que ocorrem sob diferentes taxas de resfriamento. Um patamar curto seguido de uma queda e de um segundo achatamento deve ser interpretado como uma sequência de respostas, e não reduzido a um único número de “temperabilidade média”. A forma reflete a composição, o tamanho de grão da austenita, a microestrutura inicial e o histórico térmico utilizado no ensaio. O capítulo da ASM de 1990 sobre aços-carbono e aços de baixa liga descreve a temperabilidade como o fator que governa a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera, razão pela qual todo o perfil é importante.

Uma curva que permanece mais alta a uma determinada distância reteve mais dureza sob aquela condição de ensaio. Isso não prova que todas as seções de um componente produzido terão essa dureza. Um componente real possui geometria, massa, condição superficial e trajetória de resfriamento diferentes. A conversão de um resultado Jominy em uma previsão da resposta do componente exige um modelo de resfriamento definido ou um método como a análise de Grossman; a comparação visual, por si só, não pode fornecer essa conversão.

Uma curva mais alta também não torna uma classe de aço universalmente preferível. Um projeto pode exigir uma combinação específica de dureza, tenacidade, controle de distorção, soldabilidade e resposta ao revenimento. O ensaio Jominy trata de uma resposta a um histórico de têmpera definido. Ele não substitui os ensaios mecânicos nem uma especificação que governe a peça acabada.

Ao comparar curvas, compare distâncias correspondentes e escalas de dureza correspondentes. Uma curva plotada em HRC não pode ser comparada numericamente com outra plotada em HV sem um método de conversão apropriado e declarado. As conversões de dureza não são identidades físicas exatas, especialmente entre microestruturas diferentes. A convenção de apresentação utilizada no gráfico também é importante: pontos conectados por linhas retas, uma curva ajustada e uma tabela interpolada podem apresentar as mesmas medições de maneiras diferentes.

Dispersão, repetibilidade e condições de comparação

Dados reais de Jominy apresentam dispersão. Parte da variação provém da medição de dureza, mas diferenças maiores podem surgir da preparação do corpo de prova e da prática térmica. A face da extremidade deve receber o jato de água previsto, o corpo de prova deve estar corretamente centralizado e a faixa de medição de dureza deve ser preparada sem deixar material descarbonetado ou uma superfície rugosa. As medições devem ser espaçadas e relatadas de acordo com o procedimento aplicável.

Um único ponto irregular não deve ser tratado como uma descoberta metalúrgica. Primeiro, verifique se o ponto está fora da repetibilidade de medição esperada, se o espaçamento entre as impressões foi adequado e se a superfície do corpo de prova ou a escala de dureza estava correta. Ensaios repetidos que apresentem a mesma mudança na forma da curva têm mais peso do que uma única leitura isolada, alta ou baixa.

Uma comparação significativa exige mais do que ensaiar corpos de prova com a mesma designação nominal de classe. Utilize a mesma norma, as mesmas dimensões do corpo de prova, a mesma preparação superficial, a mesma temperatura de austenitização, a mesma prática de manutenção, o mesmo tempo de transferência, a mesma configuração de têmpera, a mesma escala de dureza, os mesmos locais de medição e a mesma convenção de apresentação. A ASTM A255-20 especifica um corpo de prova com 1 polegada de diâmetro, enquanto a ISO 642:2024 especifica um diâmetro de 25 mm e um comprimento mínimo de 100 mm; os resultados gerados segundo essas normas devem ser identificados de acordo com a norma correspondente, em vez de serem combinados silenciosamente.

A condição inicial do aço também deve ser considerada. A composição é importante, mas o tamanho de grão da austenita estabelecido durante o aquecimento também é. Não se pode presumir que uma curva de laboratório de um tratamento térmico represente todas as corridas da mesma designação se a prática de austenitização for diferente. Essa é uma das razões pelas quais uma curva deve apresentar suas condições de ensaio sempre que for reproduzida.

Por fim, separe a interpretação da conformidade. A leitura da curva pode mostrar que a dureza diminui rapidamente, que a dureza é retida a uma distância maior da extremidade temperada ou que os ensaios repetidos apresentam dispersão. Somente a especificação aplicável pode indicar a faixa permitida, o valor mínimo, o requisito de amostragem e a decisão de aceitação. Uma curva de Jominy é uma evidência da temperabilidade sob condições definidas — não uma recomendação independente de produto, uma classificação entre classes de aço ou um substituto dos requisitos de aceitação associados ao material.

Ensaios Jominy, Grossman e de Temperabilidade ao Ar

A temperabilidade não é a mesma propriedade que a dureza. A ASTM A255-20 define temperabilidade como “a profundidade até a qual o aço endurecerá quando temperado”, enquanto a dureza é a resistência medida em um local específico, sob um método de ensaio específico. Um aço pode apresentar alta dureza superficial e, ainda assim, endurecer apenas por uma curta distância abaixo da superfície. Outro aço pode atingir dureza semelhante na superfície e manter essa dureza muito mais profundamente em uma seção.

O ASM Handbook considera os ensaios Jominy, Grossman e de temperabilidade ao ar como métodos relacionados para examinar essa resposta, e não como ensaios intercambiáveis. Cada um impõe um histórico térmico diferente. O ensaio Jominy cria uma faixa controlada de taxas de resfriamento ao longo de um único corpo de prova; a análise de Grossman relaciona a resposta do aço à severidade da têmpera e ao tamanho do componente; um ensaio de temperabilidade ao ar investiga o que acontece quando o meio de resfriamento especificado é o ar. O resultado de um método não pode ser substituído pelo resultado de outro sem uma conversão ou um modelo definido.

O método Jominy de têmpera na extremidade

O ensaio Jominy de têmpera na extremidade é uma forma padronizada de obter uma curva de temperabilidade a partir de um único corpo de prova cilíndrico. A ASTM A255-20 especifica um corpo de prova cilíndrico de 1 polegada de diâmetro para o ensaio quantitativo de têmpera na extremidade. A ISO 642:2024 especifica uma peça de ensaio de aço com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas dimensões são próximas em termos práticos, mas as normas continuam sendo documentos distintos, com requisitos próprios para preparação, aquecimento, têmpera, medição da dureza e apresentação dos resultados.

A sequência básica é simples. Um corpo de prova usinado é aquecido até a temperatura de austenitização especificada, mantido durante o tempo necessário para atingir a condição térmica prescrita e transferido para um dispositivo de fixação. Um jato de água atinge uma de suas extremidades. O University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory descreve essa sequência de aquecimento e têmpera com água em uma extremidade em seu procedimento Jominy de 2024. Após o resfriamento, normalmente prepara-se uma face plana ao longo do corpo de prova, e as leituras de dureza são realizadas a distâncias crescentes em relação à extremidade temperada.

A física confere valor ao ensaio. A extremidade temperada experimenta o resfriamento mais severo, enquanto os pontos mais afastados recebem um resfriamento progressivamente menos rápido, pois são resfriados indiretamente e, em parte, pelo ar. A University of Cambridge explica que essa configuração produz uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo da barra. Portanto, um gráfico da dureza em função da distância mostra como a resposta de dureza medida do aço se altera à medida que a taxa de resfriamento diminui.

Próximo à extremidade temperada, a dureza depende fortemente do teor de carbono e de a austenita se transformar em martensita, em vez de formar produtos mais macios, como perlita ou bainita. Mais distante da extremidade, os elementos de liga e o tamanho de grão da austenita tornam-se importantes, pois retardam as transformações difusionais durante o resfriamento mais lento. A ASM International identificou a composição do aço e o tamanho de grão da austenita como influências primárias sobre a temperabilidade em seu tratamento de 1990 sobre dureza e temperabilidade.

A curva é o resultado, não um único número de dureza. Seu formato pode indicar até que distância um aço mantém determinada resposta de dureza, mas não informa diretamente a distribuição de dureza em todos os componentes reais. Uma barra, engrenagem, placa ou peça forjada tem seu próprio diâmetro, geometria, condição superficial, histórico de austenitização e trajetória de resfriamento. O corpo de prova Jominy também apresenta um gradiente térmico unidimensional específico, que não se reproduz em todos os pontos de uma peça espessa.

Uma curva Jominy, por si só, não pode estabelecer que uma peça endurecerá completamente até o centro em óleo, água, polímero ou ar. Da mesma forma, um valor de dureza obtido na extremidade temperada não pode descrever a temperabilidade completa do aço. A curva deve ser interpretada levando em conta o tamanho da seção e o histórico de têmpera pretendidos.

Análise de Grossman do diâmetro crítico

A análise de Grossman aborda uma questão de engenharia diferente: como a resposta de transformação do aço, o tamanho da seção e a severidade da têmpera se combinam para determinar a profundidade de endurecimento? Ela separa duas ideias frequentemente confundidas. O aço possui uma resposta intrínseca de endurecimento, enquanto o meio de têmpera e a geometria da peça controlam a rapidez com que o calor é removido.

Fator H de GrossmanFator H de Grossman Parâmetro utilizado para representar a severidade da têmpera, relacionando a transferência de calor superficial ao tamanho da seção e à resposta do aço ao endurecimento.

O método utiliza a severidade da têmpera, geralmente representada pelo fator $H$ de Grossman, para descrever a eficácia da transferência de calor na superfície. Uma têmpera mais severa extrai calor mais rapidamente que uma menos severa, embora o resultado real também dependa da agitação, da temperatura, do comportamento do filme de vapor, da condição superficial e do formato da peça. A análise de Grossman então relaciona essa severidade ao tamanho da seção e a uma condição-limite de endurecimento.

O diâmetro crítico ideal é o diâmetro de uma barra redonda hipotética que atingiria uma condição especificada no centro sob uma têmpera idealizada. O diâmetro crítico real aplica a severidade de têmpera selecionada à peça. Esses termos não são nomes alternativos para a distância Jominy. Uma distância Jominy é uma posição ao longo de uma barra de ensaio; um diâmetro crítico é um resultado relativo ao tamanho da seção, obtido por meio de uma análise da severidade da têmpera e da resposta do aço.

Os dados Jominy podem fornecer a informação sobre a resposta do aço usada nos cálculos ou gráficos de Grossman, mas o cálculo acrescenta hipóteses sobre a geometria e a transferência de calor. Consequentemente, dois componentes fabricados a partir da mesma corrida de aço podem endurecer até profundidades diferentes se seus tamanhos ou meios de têmpera forem diferentes. O mesmo aço também pode produzir diâmetros críticos diferentes sob diferentes valores de $H$. Assim, a análise de Grossman funciona como uma ponte entre a resposta laboratorial e uma situação de têmpera definida, e não como um ensaio de dureza independente.

Ensaio de temperabilidade ao ar

O ensaio de temperabilidade ao ar examina o comportamento de um aço durante o resfriamento ao ar, em vez de aplicar o jato de água Jominy ou atribuir um valor de severidade de têmpera de Grossman. O corpo de prova é austenitizado de acordo com o procedimento especificado, retirado do forno e resfriado ao ar sob as condições do ensaio. Em seguida, mede-se a dureza, a microestrutura ou a variação da dureza ao longo da seção, conforme exigido pelo método.

Essa distinção é importante porque “endurecimento ao ar” não significa que o aço tenha uma dureza fixa, independente do tamanho. O resfriamento em ar parado, ar forçado e atmosfera controlada produz diferentes condições de transferência de calor. Um corpo de prova pequeno pode resfriar-se com rapidez suficiente para formar uma quantidade substancial de martensita, enquanto o centro de uma seção maior resfria-se mais lentamente e forma uma mistura diferente de produtos de transformação. A temperatura do forno, as dimensões do corpo de prova, os apoios, o fluxo de ar e a condição superficial podem afetar a resposta medida.

Portanto, um resultado de temperabilidade ao ar descreve o comportamento sob o histórico de resfriamento ao ar especificado. Ele não substitui uma curva Jominy, pois não cria o mesmo gradiente contínuo de resfriamento de uma extremidade à outra. Também não substitui a análise de Grossman, pois, por si só, não expressa a relação entre a severidade da têmpera e uma faixa de tamanhos de seção. Os três métodos respondem a questões relacionadas, mas seus resultados mantêm significados diferentes.

O capítulo da ASM de 1990 sobre aços-carbono e aços de baixa liga define a temperabilidade como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. Essa formulação constitui o teste prático: deve-se perguntar como a dureza se distribui após um histórico térmico especificado, e não apenas quão dura uma determinada região se torna.

Da Curva de Jominy a um Componente Real

Uma curva de Jominy descreve a resposta de um aço a uma condição controlada de resfriamento. Ela não prevê a dureza em todos os pontos de um componente acabado sem uma análise adicional. Essa distinção é importante porque um corpo de prova padrão é pequeno, simples e resfriado de maneira prescrita, enquanto um componente pode conter bordas finas, cubos espessos, furos, cantos, condições superficiais variáveis e regiões que resfriam a taxas muito diferentes.

A ASTM A255-20 define temperabilidade como a profundidade até a qual o aço endurece quando submetido à têmpera. Seu procedimento quantitativo de têmpera na extremidade utiliza um corpo de prova cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova de aço para têmpera na extremidade com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas dimensões e as condições de ensaio prescritas criam uma comparação repetível entre corridas, graus ou condições de processamento; elas não transformam o corpo de prova em um modelo em escala de uma peça de máquina.

No procedimento descrito pelo Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois, o corpo de prova é aquecido até sua temperatura de austenitização e uma de suas extremidades é temperada com um jato de água. Em seguida, mede-se a dureza a distâncias crescentes em relação à extremidade temperada. O gráfico resultante de dureza em função da distância é a curva de Jominy. Conforme explica a University of Cambridge, a extremidade resfriada com água e o restante resfriado ao ar produzem uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo da barra. Cada posição, portanto, representa uma resposta térmica diferente dentro do mesmo corpo de prova.

Essa resposta é útil, mas deve ser traduzida com cuidado.

Espessura da seção e gradientes térmicos

A espessura da seção de um componente controla quanto calor precisa sair de seu interior antes que a transformação tenha início. Uma parede fina tem um caminho curto até a superfície e pode resfriar rapidamente em grande parte de sua seção. Um ressalto, eixo, flange ou pré-forma de engrenagem espesso retém calor em seu centro; a superfície pode atravessar a faixa de transformação martensítica enquanto o núcleo resfria lentamente o suficiente para que se formem bainita, perlita ou ferrita, dependendo da composição e do ciclo térmico efetivo.

A barra de Jominy também apresenta um gradiente térmico, mas trata-se de um gradiente longitudinal disposto deliberadamente. A extremidade temperada recebe o resfriamento direto mais intenso, enquanto as posições mais afastadas resfriam progressivamente mais devagar. Um componente real normalmente apresenta gradientes em mais de uma direção. O calor pode fluir radialmente do núcleo para a superfície, axialmente em direção a uma extremidade e através de elementos adjacentes. Um canto pode perder calor por várias faces. Um furo pode alterar o caminho de resfriamento pelo lado interno, enquanto o contato com um dispositivo de fixação pode restringir localmente o fluxo de calor ou fornecer outro sumidouro térmico.

Essa diferença faz com que o tamanho da seção seja mais do que uma simples correção dimensional. Dois locais à mesma distância de uma superfície externa podem apresentar históricos de resfriamento diferentes se um estiver próximo a um canto e o outro estiver no centro de uma seção espessa. O centro de uma barra cilíndrica, por exemplo, não é equivalente a um ponto próximo à superfície apenas porque ambos pertencem ao mesmo grau de aço. Da mesma forma, o centro de um componente grande não é automaticamente representado pela extremidade mais distante de uma curva de Jominy. A geometria do componente determina o campo de fluxo de calor, e a têmpera determina a rapidez com que esse campo perde calor.

A composição e o tamanho de grão da austenita continuam sendo variáveis iniciais importantes. A ASM International identifica ambos como influências primárias sobre a temperabilidade. A temperatura de austenitização, o tempo de permanência, a microestrutura anterior e o crescimento de grão também podem alterar a resposta à transformação apresentada à têmpera. Consequentemente, um resultado de Jominy obtido em uma determinada condição de tratamento térmico não deve ser dissociado dessa condição quando aplicado a um componente.

A condição superficial acrescenta outra complicação. Carepa, descarbonetação, marcas de usinagem, revestimentos e resíduos podem alterar o contato entre o aço e o meio de têmpera. Uma superfície descarbonetada pode apresentar menor dureza medida, mesmo quando o aço subjacente tem uma resposta substancialmente diferente. Uma superfície rugosa ou contaminada pode reter vapor ou reduzir o contato com o líquido durante a têmpera. Portanto, a dureza medida após a remoção dessa camada por usinagem pode diferir da dureza medida diretamente na superfície como temperada.

Meio de têmpera e severidade da têmpera

A água no dispositivo de Jominy não é um símbolo genérico de “têmpera rápida”. A vazão, a temperatura, a pressão, o alinhamento e a área exposta do jato são controlados porque afetam a transferência de calor na extremidade temperada. As partes opostas do corpo de prova resfriam ao ar. Já um componente de produção pode ser imerso em água agitada, solução polimérica, óleo, sal fundido ou outro meio, cada um produzindo um caminho de resfriamento diferente.

A severidade da têmpera descreve a capacidade de um sistema de têmpera de extrair calor em relação a uma condição de referência. Ela depende do meio, mas também da agitação, da temperatura do fluido, da circulação, da orientação da peça, do comportamento do filme de vapor e da relação entre a superfície exposta e o volume. Um líquido estacionário ao redor de uma peça grande pode remover calor com eficiência muito menor do que um líquido em movimento ao redor de uma peça pequena. Mesmo em um único tanque, as superfícies voltadas para um fluxo intenso podem resfriar de maneira diferente das superfícies protegidas.

A agitação é especialmente importante durante o estágio inicial da têmpera, quando uma camada de vapor pode se formar ao redor do aço quente. O movimento pode romper essa camada e renovar o contato com o líquido mais frio. Se, entretanto, a peça for transferida lentamente do forno, ela começará a resfriar antes do início da têmpera pretendida. O tempo de transferência, portanto, faz parte do histórico térmico, e não é apenas um detalhe de manuseio. Um atraso de duração desconhecida torna difícil comparar uma têmpera nominalmente idêntica com a condição de Jominy.

O meio também pode criar diferenças locais dentro de uma mesma peça. Um eixo vertical pode drenar o fluido de maneira diferente de um eixo horizontal. Um furo cego pode aprisionar vapor. Canais estreitos podem restringir o fluxo, enquanto grandes faces planas podem gerar filmes de vapor persistentes. Esses efeitos podem causar uma dispersão de dureza que uma única curva de Jominy não consegue revelar.

Por esse motivo, não se pode atribuir a um aço com determinada dureza Jominy a uma distância selecionada uma dureza garantida no componente apenas com base na distância. A curva indica como o material responde a uma faixa conhecida de condições de resfriamento. Ela não especifica a taxa de resfriamento em um local do componente, nem estabelece que esse local formará a mesma microestrutura que a posição correspondente no corpo de prova de Jominy.

Relacionando a resposta de laboratório aos locais do componente

A questão prática não é “Qual é a dureza desse grau?”. É “Qual histórico de resfriamento esse local receberá e que dureza e microestrutura o aço produzirá sob esse histórico?”. Uma curva de Jominy fornece parte da resposta. A avaliação do componente precisa fornecer o restante.

Os engenheiros normalmente estimam as condições locais de resfriamento a partir da geometria da seção e da prática de têmpera, depois comparam essas condições com dados padronizados de temperabilidade ou utilizam um método baseado no tamanho da seção, como a abordagem de Grossman. A comparação deve preservar a distinção entre a resposta do material e o resultado do processo. Os dados de Jominy descrevem a primeira; o caminho de resfriamento calculado ou medido faz a conexão com o segundo.

Os locais devem ser considerados individualmente. A superfície de um eixo espesso pode resfriar rapidamente o suficiente para se tornar predominantemente martensítica, enquanto seu centro desenvolve uma estrutura mista e menor dureza. Uma alma fina pode endurecer em toda a sua seção, mas um cubo próximo pode não endurecer. Um raio de concordância pode resfriar mais rapidamente que o corpo adjacente, enquanto um rebaixo roscado ou furo cego pode resfriar mais lentamente porque o movimento do fluido é restrito. Podem ser necessários perfis de dureza, amostras metalográficas, termopares ou cálculos validados de transferência de calor para verificar essas previsões.

O local relevante também é definido pela especificação. Um desenho pode exigir dureza na superfície, a uma profundidade especificada ou no centro de uma seção de referência. Esses são pontos de aceitação diferentes. Medir apenas a face exposta mais acessível pode deixar passar um núcleo macio ou uma borda localmente excessivamente dura.

A curva de Jominy é, portanto, uma ferramenta comparativa de resposta do material, e não uma garantia de que todos os locais de uma peça atingirão determinada dureza. A ASTM A255-20 e a ISO 642:2024 tornam o ensaio repetível ao controlar a geometria do corpo de prova e as condições de resfriamento. Aplicar seu resultado de maneira responsável exige relacionar esses dados à espessura da seção, à geometria, ao estado superficial, ao tempo de transferência, ao meio de têmpera, à agitação e ao histórico térmico local do componente. Um valor de dureza só se torna significativo quando o caminho de resfriamento que o produziu também é compreendido.

Interpretações equivocadas e erros de registro

Confundir temperabilidade com dureza

Dureza e temperabilidade estão relacionadas, mas não são a mesma propriedade. Dureza é a resistência de um material à indentação, geralmente determinada por uma medição Rockwell, Brinell ou Vickers. Temperabilidade descreve até que profundidade, e com que uniformidade, o aço pode desenvolver estruturas martensíticas ou outras estruturas transformadas endurecidas durante uma têmpera especificada. A ASTM A255-20 define temperabilidade como “a profundidade até a qual o aço endurecerá quando temperado” (ASTM International, 2020). A definição diz respeito à resposta ao longo da seção, e não a um único valor de dureza obtido em uma única localização.

Essa distinção é importante porque o teor de carbono afeta fortemente a dureza que a martensita pode atingir, enquanto os elementos de liga e o tamanho de grão da austenita afetam fortemente a intensidade de resfriamento necessária para formar essa martensita. A ASM International identifica a composição do aço e o tamanho de grão da austenita como influências primárias sobre a temperabilidade (ASM International, 1990). Um aço de alto carbono pode apresentar dureza muito elevada próximo à extremidade temperada, mas perder dureza rapidamente a uma pequena distância dali. Um aço-liga de menor teor de carbono pode apresentar uma dureza máxima mais baixa, mas manter uma dureza útil a uma distância maior da superfície temperada. Chamar o primeiro aço de “mais temperável” apenas porque sua dureza na extremidade é maior confunde o potencial de dureza com a profundidade de endurecimento.

O mesmo erro ocorre quando um relatório fornece apenas um valor máximo. “Dureza Jominy: 62 HRC” não descreve um resultado de temperabilidade, a menos que a distância em relação à extremidade temperada seja informada. Mesmo nesse caso, o número representa apenas um ponto em uma curva de resposta. O ensaio Jominy mede a dureza em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada, e o gráfico resultante de dureza em função da distância é a curva de temperabilidade, conforme descrito pela Materials Education Foundation (2024). A curva mostra como o aço responde à medida que a taxa de resfriamento local se torna menos severa.

Portanto, o teor de carbono deve ser considerado ao interpretar um valor baixo a uma distância maior da extremidade. Uma queda de 60 HRC próximo à extremidade para 35 HRC a uma distância especificada não tem o mesmo significado para um aço de médio carbono e para um aço de baixo carbono. A interpretação também depende de a região medida conter martensita, bainita, perlita ou uma mistura dessas fases, bem como da escala de dureza utilizada. Um único valor de dureza não pode identificar a microestrutura transformada nem estabelecer a profundidade na qual uma dureza requerida é mantida.

Presumir que a extremidade temperada representa todo o aço

A extremidade temperada é a parte de um corpo de prova Jominy que resfria mais rapidamente, e não uma média representativa de toda a barra. No arranjo padrão, uma extremidade é exposta a um jato de água, enquanto o restante resfria ao ar. Isso cria uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo do corpo de prova, desde um resfriamento severo na extremidade até resfriamentos progressivamente mais lentos com o aumento da distância. A University of Cambridge descreve esse gradiente como a base física do ensaio (2012), enquanto o procedimento da University of Illinois especifica o aquecimento de um corpo de prova cilíndrico até sua temperatura de austenitização, a têmpera de uma extremidade com um jato de água e a medição da dureza em distâncias crescentes (2024).

Esse arranjo torna a extremidade útil, mas limitada. Ela fornece um ponto de referência para a maior severidade de resfriamento do ensaio e normalmente produz a maior dureza ao longo da trilha de medição preparada. Isso não comprova que uma grande seção de produção endurecerá até a mesma profundidade. O tamanho da seção, a geometria da peça, a condição superficial, as práticas do forno, o tempo de transferência, a agitação do meio de têmpera e o histórico real de resfriamento podem ser diferentes daqueles do ensaio Jominy. Uma curva Jominy representa uma resposta controlada do material, e não um mapa direto de dureza para todos os componentes possíveis.

Tampouco uma dureza elevada na extremidade comprova uma temperabilidade profunda. A extremidade pode resfriar rapidamente o suficiente para formar uma estrutura dura, mesmo em um aço cujo interior se transformaria em produtos mais macios durante um resfriamento mais lento. A evidência de temperabilidade profunda vem da forma e da persistência da curva: da dureza que permanece a uma distância especificada à medida que o resfriamento se torna menos severo. A distância relevante deve ser identificada, e o critério de dureza requerido deve ser definido.

O erro oposto também é comum. Uma dureza baixa a uma distância maior da extremidade não constitui automaticamente evidência de baixa qualidade do aço ou de falha do ensaio. Ela pode refletir o teor de carbono do aço, o tamanho de grão da austenita, o teor de elementos de liga, o tratamento de austenitização ou a formação de uma mistura mais macia nessa localização. A abordagem da ASM para aços de carbono e aços de baixa liga define a temperabilidade como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera (ASM International, 1990). “Distribuição” é a palavra importante: a variação ao longo do corpo de prova é o resultado, e não uma complicação indesejada a ser ignorada.

Uma curva Jominy pode fundamentar estimativas para componentes somente quando combinada com um modelo de resfriamento adequado, um método baseado no tamanho da seção ou uma correlação validada. Limited evidence

Uma curva Jominy pode estabelecer a resposta comparativa ao endurecimento sob o procedimento do ensaio. Por si só, ela não pode estabelecer o perfil final de dureza de uma peça temperada em óleo, polímero, gás ou outro meio. A conversão de um resultado Jominy em uma dureza estimada do componente requer um método declarado e pressupostos sobre a geometria e o resfriamento.

Relatar um resultado sem informar a norma e as condições do ensaio

Um resultado Jominy sem a norma e as condições do ensaio é incompleto. A designação “dureza Jominy a 10 mm” não contém informações suficientes para uma comparação confiável, a menos que o relatório também identifique a geometria do corpo de prova, o tratamento de austenitização, o arranjo de têmpera, o método de medição da dureza e a convenção utilizada para determinar a distância.

A ASTM A255-20 especifica o ensaio de têmpera na extremidade com um corpo de prova cilíndrico de 1 polegada de diâmetro (ASTM International, 2020). A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova de aço para ensaio de têmpera na extremidade, com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento (International Organization for Standardization, 2024). Essas dimensões são próximas em diâmetro, mas não são intercambiáveis simplesmente porque ambos os procedimentos são chamados de ensaios Jominy. O relatório deve indicar a norma aplicável, como ASTM A255-20 ou ISO 642:2024, em vez de usar “Jominy padrão” como se existisse apenas um procedimento.

O tratamento térmico também deve ser informado. Isso inclui a designação do aço, a condição do corpo de prova, a temperatura de austenitização, o tempo de manutenção, a atmosfera do forno, quando relevante, e o tempo de transferência até a têmpera. O arranjo do jato de água, a temperatura da água ou a faixa especificada, a condição do bocal e a duração da têmpera podem afetar o histórico de resfriamento. Se o ensaio se desviar da norma indicada, esse desvio deve constar do resultado.

Os dados de dureza exigem igual precisão. Informe se as medições são HRC, HRB, HBW, HV ou de outra escala; identifique o instrumento ou o método, quando exigido; e registre o espaçamento e a preparação da trilha de medição da dureza. “10 mm da extremidade” deve significar a distância medida a partir da face temperada ao longo da superfície especificada, e não uma posição não especificada no corpo de prova. Se uma norma definir uma determinada tolerância de desbaste, uma face plana ou uma linha de medição, esse detalhe deve ser mantido.

Por fim, registre a curva completa ou os pares individuais distância–dureza, e não apenas a leitura mais alta. Inclua a identificação do corpo de prova e, quando disponíveis, a composição química ou a designação do grau do aço. Uma declaração defensável poderia ser: “Temperabilidade Jominy, por têmpera na extremidade, ensaiada de acordo com a ASTM A255-20 em um corpo de prova de 1 polegada de diâmetro, austenitizado na temperatura especificada, temperado com água em uma extremidade e medido em HRC nas distâncias padrão.” Sem essas condições, o número é uma observação de dureza desvinculada do histórico de resfriamento que dá significado à temperabilidade.

Como especificar e documentar um resultado de temperabilidade

Um resultado de temperabilidade só é significativo quando o aço, o corpo de prova, o ciclo térmico, a têmpera, o método de medição e o formato de apresentação dos resultados são identificados em conjunto. Um valor de dureza sem essas informações descreve uma condição medida; ele não estabelece até que profundidade ou com que uniformidade o aço pode temperar. A ASTM A255-20 define temperabilidade como a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado, enquanto o capítulo da ASM sobre aços-carbono e aços de baixa liga a descreve como a propriedade que rege a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. Portanto, o registro deve preservar o histórico completo do ensaio, e não apenas o maior valor obtido próximo à extremidade temperada.

Identificação obrigatória do material e do tratamento térmico

Comece com a designação do material exatamente como aparece no documento de compra, no certificado do material ou na especificação aplicável. Registre o grau, a norma, o número da corrida ou do vazamento, a forma do produto e a identificação do corpo de prova. Por exemplo, “AISI 4140” isoladamente pode ser insuficiente se o requisito aplicável estiver redigido como ASTM A193/A193M Grade B7, EN 10083-3:2006 42CrMo4 ou outra designação especificada. Não substitua a designação formal por uma abreviação usada na fábrica. Se o material tiver sido normalizado, recozido, forjado, laminado ou submetido a qualquer outro processamento antes do ensaio, informe essa condição e identifique qualquer tratamento térmico anterior relevante.

O número da corrida ou do vazamento é particularmente importante porque a temperabilidade depende da composição e do histórico metalúrgico anterior. A ASM International identifica a composição do aço e o tamanho do grão da austenita como fatores primários que afetam a temperabilidade. Portanto, o relatório deve relacionar o corpo de prova Jominy à análise química ou ao registro certificado da corrida, quando disponível, incluindo o carbono e os elementos de liga controlados pela especificação aplicável. Se o tamanho de grão tiver sido medido, registre o método e o resultado; se não tiver sido medido, não dê a entender que a estrutura do grão austenítico é conhecida.

Identifique a orientação e a localização do corpo de prova no produto quando esses detalhes afetarem a interpretação. O centro de uma barra, uma amostra da superfície, uma seção forjada e uma seção laminada podem não representar o mesmo histórico térmico ou de deformação. Registre se o corpo de prova foi usinado diretamente a partir do produto fornecido ou produzido separadamente a partir da mesma corrida.

O registro da austenitização deve informar o forno ou método de aquecimento, a temperatura-alvo, a faixa de temperatura real, o tempo de encharque e a base usada para determinar esse tempo, como o tempo contado após o corpo de prova atingir a temperatura. Inclua a atmosfera do forno ou a proteção utilizada, pois a oxidação, a descarbonetação e a cementação podem alterar o perfil de dureza. Registre se o corpo de prova foi colocado em um forno previamente aquecido ou aquecido junto com o forno e anote qualquer carepa visível ou dano superficial. Esses detalhes são importantes na extremidade temperada, onde uma pequena camada descarbonetada pode distorcer as primeiras leituras de dureza.

Norma, geometria e detalhes da têmpera

Informe a norma do ensaio e sua edição em todos os relatórios. A ASTM A255-20 especifica o ensaio quantitativo de têmpera na extremidade, ou ensaio Jominy, utilizando um corpo de prova cilíndrico de 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova de aço para ensaio de têmpera na extremidade com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Essas dimensões são próximas na prática, mas as designações não constituem instruções intercambiáveis. O relatório deve declarar se o trabalho seguiu a ASTM A255-20, a ISO 642:2024 ou um procedimento do cliente ou nacional derivado de uma delas.

Registre as dimensões do corpo de prova conforme efetivamente medidas, incluindo diâmetro, comprimento, preparação da extremidade, chanfros e condição da face temperada. Se as dimensões diferirem daquelas indicadas na norma mencionada, documente o desvio antes de apresentar o resultado como conforme à norma. O relatório também deve identificar o número do corpo de prova e, quando várias peças tiverem sido ensaiadas, distinguir cada curva em vez de fazer uma média silenciosa entre elas.

A configuração da têmpera deve ser descrita com detalhes suficientes para permitir a reconstrução do histórico de resfriamento. O procedimento da University of Illinois aquece um corpo de prova cilíndrico até a temperatura de austenitização e tempera uma extremidade com um jato de água. A University of Cambridge explica por que essa configuração produz um perfil útil: a extremidade temperada resfria rapidamente, enquanto o restante resfria ao ar, criando uma faixa contínua de velocidades de resfriamento ao longo da barra. Informe qual extremidade foi temperada, como o corpo de prova foi apoiado e a fonte e a condição da água. Registre a temperatura do jato, as informações do bico ou orifício, a pressão ou vazão da água, quando especificadas, o alinhamento do jato e a distância entre o bico e a extremidade do corpo de prova. Registre também o tempo entre a retirada do forno e o início da têmpera com água.

Não descreva o resultado simplesmente como “temperado em água”. A temperatura da água, a estabilidade da vazão, o formato do jato, a posição do corpo de prova e o atraso na transferência podem alterar a resposta de resfriamento. O relatório deve informar se a configuração foi verificada antes do ensaio e se ocorreu alguma interrupção, respingo, desalinhamento ou evento anormal de resfriamento. Um desvio não constitui automaticamente uma falha do ensaio, mas deve estar visível para qualquer pessoa que avalie o resultado.

O ciclo térmico e o registro da têmpera devem estar vinculados à identificação do material por meio de um número de ensaio exclusivo. Essa ligação impede que uma curva seja separada das suas condições de tratamento térmico quando os resultados são copiados para uma planilha ou certificado.

Dados de dureza, apresentação da curva e rastreabilidade

Após a têmpera, identifique o método de dureza, a escala, o instrumento, o penetrador, a carga, o status de calibração e a preparação da superfície de ensaio. O relatório deve informar se as leituras foram realizadas em Rockwell C, Rockwell B, Vickers ou outra escala permitida; “dureza”, por si só, é uma informação incompleta. Registre a identificação do instrumento e seu status de verificação, especialmente quando os resultados forem utilizados para aceitação.

O método Jominy mede a dureza em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada. A Materials Education Foundation descreve essa resposta dependente da distância como a base para determinar a temperabilidade do aço. Informe o ponto de referência para a distância zero, a preparação do lado de medição e cada posição de medição. As distâncias devem incluir unidades e ser apresentadas conforme medidas, e não inferidas a partir de um modelo genérico. Se a superfície tiver sido retificada ou usinada antes do ensaio, registre a quantidade removida e a direção da preparação.

Apresente as leituras brutas em uma tabela antes de qualquer curva suavizada ou ajustada. Uma tabela útil inclui o número do corpo de prova, a distância a partir da extremidade temperada, o valor de dureza, a escala de dureza, as leituras replicadas, a média, quando calculada, e as observações. Se lados opostos ou várias trilhas tiverem sido medidos, identifique cada trilha. Não oculte a dispersão apresentando apenas uma média. Uma curva deve representar a dureza no eixo vertical e a distância a partir da extremidade temperada no eixo horizontal, com unidades, escala, identificação do corpo de prova, norma do ensaio e escala de dureza na legenda. Se tiverem sido utilizadas interpolação, ajuste de curva ou conversão entre escalas de dureza, informe o método e mantenha as leituras originais.

A curva mostra a resposta de dureza produzida pelo histórico documentado de têmpera na extremidade. Ela, por si só, não estabelece a dureza em um componente específico de produção, não garante uma microestrutura nem prevê o desempenho após uma têmpera, um tamanho de seção ou um tratamento de revenimento diferente. A composição, o tamanho do grão da austenita, a geometria do corpo de prova, o tempo de transferência e as condições de têmpera afetam a interpretação. Um único valor de dureza, mesmo obtido na extremidade temperada, não pode substituir o registro da relação entre distância e dureza.

Por fim, identifique o critério de aceitação separadamente do resultado medido. A ASTM A255-20 e a ISO 642:2024 fornecem estruturas para a realização do ensaio; a especificação aplicável ao material, o desenho, o requisito de compra ou o documento do cliente determina se uma curva ou um valor tabulado é aprovado. O relatório deve transcrever esse requisito e sua revisão, quando aplicável. Se nenhum limite de aceitação tiver sido especificado, declare que o resultado é descritivo e não invente uma dureza mínima, uma distância máxima, uma classificação do grau ou uma conclusão de aprovado/reprovado. Mantenha o arquivo original do instrumento, o registro de calibração, o registro do tratamento térmico, as fotografias do corpo de prova quando relevantes, a tabela bruta, a curva plotada, a identificação do operador, a data do ensaio e os desvios sob o mesmo número de ensaio rastreável.

Limitações do método Jominy

O ensaio Jominy de têmpera na extremidade é uma comparação controlada, não uma versão em miniatura de toda operação de têmpera. A ASTM A255-20 define a temperabilidade como “a profundidade até a qual o aço endurece quando temperado” e especifica um corpo de prova cilíndrico de 1 polegada de diâmetro para o ensaio quantitativo de têmpera na extremidade (ASTM International, 2020). A ISO 642:2024 especifica um corpo de prova com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento (International Organization for Standardization, 2024). Essas dimensões, o tratamento de austenitização, a disposição do jato de água e o procedimento de medição da dureza fazem parte do resultado. Se forem alterados, a resposta poderá mudar.

Uma curva Jominy, portanto, responde a uma pergunta definida: como a dureza varia com a distância em relação a uma extremidade de um corpo de prova padrão após um histórico térmico especificado? Ela não fornece um único número independente da geometria para indicar “quão duro” é um aço. Tampouco garante que uma peça produzida desenvolverá o mesmo perfil de dureza.

O que o resfriamento unidimensional pode representar

O ensaio começa com o aquecimento do corpo de prova cilíndrico até sua temperatura de austenitização especificada. Em seguida, uma extremidade é temperada por um jato de água, enquanto o restante da barra resfria ao ar. A University of Illinois descreve essa sequência como a base do ensaio (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024); a University of Cambridge explica que ela cria uma faixa contínua de taxas de resfriamento ao longo da barra (University of Cambridge, 2012). Próximo à extremidade temperada, o calor é removido rapidamente. Mais distante, o calor precisa ser conduzido em direção à extremidade resfriada e escapar pela superfície exposta, de modo que a taxa de resfriamento diminui progressivamente.

Essa disposição é útil porque um único corpo de prova amostra várias severidades de resfriamento. A curva resultante de dureza em função da distância pode mostrar se um grau de aço mantém a dureza martensítica mais distante da extremidade temperada, onde produtos de transformação como bainita ou ferrita e perlita se tornam mais prováveis. Ela também mostra a distribuição da resposta, em vez de uma única leitura de dureza. Por isso, uma baixa dureza em uma posição distante não pode ser interpretada como prova de que o aço era “macio” antes da têmpera; ela pode indicar que a taxa de resfriamento local foi insuficiente para suprimir a transformação por difusão.

O campo térmico unidimensional é uma aproximação. Um componente real resfria por várias superfícies, pode conter cantos, furos, ressaltos, rasgos de chaveta ou interfaces de contato, e pode sofrer uma agitação que varia com a orientação. Seu centro pode permanecer quente enquanto sua superfície já está se transformando. O fluxo de calor pode ser radial, axial ou fortemente tridimensional. Uma barra Jominy não possui nenhuma dessas condições de contorno específicas de um componente.

O ensaio também não reproduz o histórico exato de resfriamento de uma têmpera em óleo, polímero, salmoura, gás ou de uma têmpera interrompida. Um jato de água direcionado a uma extremidade impõe uma condição de contorno específica; ele não é um substituto universal para um tanque, sistema de aspersão, gás pressurizado ou têmpera em estágios. A curva pode comparar corridas de produção, composições e condições de tamanho de grão da austenita quando o procedimento é mantido constante, mas converter diretamente a distância ao longo da barra em uma localização no componente requer uma análise térmica ou uma correlação validada.

A composição e o tamanho de grão da austenita são fatores importantes. A ASM identifica ambos como influências primárias sobre a temperabilidade (ASM International, 1990). Consequentemente, um resultado Jominy também é sensível ao processamento anterior do corpo de prova, ao crescimento de grão durante a austenitização e à composição química real do aço. A designação de um grau de aço, por si só, não elimina essas variáveis.

Sensibilidade à preparação e à medição

O método Jominy reúne muitas decisões metalúrgicas em um ensaio que parece simples. O corpo de prova deve ter as dimensões e a condição superficial especificadas, ser aquecido uniformemente, atingir o estado austenítico pretendido e ser transferido prontamente para o dispositivo de têmpera. Atrasos, descarbonetação, oxidação, temperatura incorreta do forno ou alteração do tempo de permanência podem modificar a resposta à transformação antes mesmo de o jato de água ser iniciado.

A preparação da superfície após a têmpera é igualmente importante. As leituras de dureza normalmente são realizadas em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada, sobre uma superfície plana preparada ou uma faixa usinada. Se a retificação superaquecer a superfície, se permanecer carepa ou se a impressão for feita muito próxima de uma impressão anterior ou de uma borda, o valor medido poderá não representar o aço subjacente. O método de leitura também é importante: as escalas Rockwell, Vickers ou outras não podem ser trocadas casualmente sem considerar os requisitos da norma e os limites de conversão aplicáveis.

Pequenos erros se tornam especialmente visíveis próximos a uma parte íngreme da curva. Um pequeno erro de distância pode associar um valor de dureza à posição de resfriamento errada, enquanto a dispersão nas medições de impressão pode fazer uma região quase plana parecer inclinada. Relatar apenas a dureza máxima, ou apenas o valor em uma distância, descarta a distribuição que torna o método útil. A Materials Education Foundation descreve o ensaio como uma medição da dureza em distâncias crescentes a partir da extremidade temperada para determinar a temperabilidade (Materials Education Foundation, 2024). As leituras múltiplas não são um detalhe decorativo opcional; são a evidência.

Uma curva também precisa de contexto. O relatório deve identificar a norma utilizada, as dimensões do corpo de prova, as condições de austenitização, o meio e a disposição da têmpera, a escala de dureza, as posições de medição e quaisquer desvios em relação ao procedimento. A comparação entre uma curva produzida segundo a ASTM A255-20 e outra produzida segundo a ISO 642:2024 pode ser razoável somente após a confirmação de que as condições relevantes e as convenções de apresentação dos resultados são equivalentes. “Valor Jominy” sem essas informações é incompleto.

Quando outro método de avaliação é necessário

A análise de Grossmann é apropriada quando a questão de engenharia diz respeito à interação entre a temperabilidade do aço e a severidade da têmpera. Ela combina a resposta intrínseca do aço com a severidade de resfriamento de um ambiente de têmpera especificado, frequentemente expressa por meio de um fator $H$, para estimar a dureza ou a profundidade transformada em uma geometria específica. Uma curva Jominy descreve a resposta ao longo de seu próprio corpo de prova; a análise de Grossmann acrescenta um modelo da têmpera e da geometria. Ela não transforma o resultado Jominy em uma medição direta de uma peça produzida.

O ensaio de temperabilidade ao ar trata de um problema diferente. Para aços destinados a endurecer em ar parado ou forçado, um ensaio de resfriamento ao ar pode mostrar a dureza e a microestrutura produzidas por essa trajetória de resfriamento. Seu resultado não é intercambiável com uma curva de têmpera na extremidade em água, porque o corpo de prova experimenta um histórico térmico e uma condição de transferência de calor superficial diferentes. A escolha deve seguir o processo real.

Ensaios de processo tornam-se necessários quando o carregamento do forno, o tempo de transferência, a agitação, o mascaramento, os dispositivos de fixação, o controle da distorção ou a interrupção da têmpera podem afetar o resultado. Um ensaio com peças representativas pode revelar efeitos que uma barra padrão não consegue mostrar. Mesmo assim, a dureza deve ser medida em locais vinculados ao requisito de projeto, e pode ser necessário realizar um exame metalográfico para distinguir martensita de bainita, ferrita, perlita ou estruturas revenidas.

Para componentes críticos, a qualificação deve ser específica para o componente. Um virabrequim, uma engrenagem, um eixo ou uma chapa espessa pode exigir termopares, perfis de dureza, verificações microestruturais, medições de tensões residuais ou de distorção e têmperas repetidas representativas da produção. O ensaio Jominy continua sendo valioso para comparar aços segundo um procedimento comum, mas constitui evidência sobre uma resposta padronizada — não uma dispensa da validação.

Referências

1. [1]ASTM International. Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. ASTM International standard, 2020. https://store.astm.org/a0255-20.html