Resposta do aço ao revenido e endurecimento secundário

O que o revenido altera no aço

Definição abaixo da temperatura crítica inferior

A ASM International define o revenido como «o aquecimento de aço temperado ou normalizado até uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior» (ASM Handbook Volume 4A, 2024). Esta definição é mais precisa do que a descrição comum do revenido como o reaquecimento do aço para o tornar mais macio. O revenido segue um tratamento de têmpera e também pode seguir uma normalização. O aço é reaquecido, mantido durante um período selecionado e arrefecido em condições controladas, sem atravessar intencionalmente a temperatura crítica inferior nem formar uma nova estrutura austenítica em massa.

A temperatura crítica inferior é normalmente associada ao intervalo da transformação eutectoide, embora a sua posição exata dependa da composição e das condições de aquecimento. Permanecer abaixo dela é importante porque o revenido altera a estrutura produzida pela têmpera, em vez de a substituir através de uma reaustenitização completa. Assim, um ciclo de revenido tem uma finalidade metalúrgica diferente da normalização, do recozimento ou de uma segunda operação de têmpera.

As principais variáveis são a temperatura de revenido, o tempo de manutenção, o teor de carbono, o teor de elementos de liga e os elementos residuais. A microestrutura inicial também é importante. O mesmo se aplica à temperatura de austenitização, ao histórico anterior de normalização ou forjamento, à severidade da têmpera, à espessura da secção e à velocidade de aquecimento. Por conseguinte, dois componentes fabricados a partir de um aço nominalmente semelhante podem apresentar respostas diferentes quando os seus históricos térmicos diferem.

A temperatura acelera geralmente as reações de forma mais acentuada do que o tempo isoladamente, mas o tempo continua a controlar até que ponto essas reações prosseguem. O teor de carbono afeta a quantidade e a supersaturação do carbono retido na martensite após a têmpera. O crómio, o molibdénio, o vanádio, o tungsténio e outros elementos de liga alteram a estabilidade dos carbonetos, as velocidades de difusão e o comportamento da precipitação. Os elementos residuais podem modificar a cinética das transformações e a resistência ao revenido, mesmo quando não são adições deliberadas. O revenido é um tratamento dependente do percurso térmico, não uma simples definição de dureza.

Da martensite após a têmpera à microestrutura revenida

Martensite após a têmperaMartensite após a têmpera Uma fase dura e supersaturada em carbono, formada pelo arrefecimento rápido da austenite, com elevada densidade de deslocações e energia interna armazenada.

A martensite após a têmpera é uma fase supersaturada e deformada. A sua elevada densidade de deslocações e a supersaturação de carbono explicam grande parte da sua dureza, mas também armazenam energia elástica e química. O revenido permite que a estrutura reduza essa energia através de várias reações sobrepostas. O U.S. Department of Energy descreve a difusão do carbono, a formação de carbonetos, a decomposição da austenite e a recuperação como partes centrais do processo (2010).

A temperaturas de revenido relativamente baixas, o carbono desloca-se por curtas distâncias e pode segregar-se para defeitos ou formar carbonetos de transição. As tensões internas diminuem e a tetragonalidade da martensite reduz-se à medida que o carbono abandona a rede martensítica. O aço pode perder alguma dureza, ganhando simultaneamente estabilidade dimensional e resistência à fissuração retardada. A austenite retida, se estiver presente, também pode decompor-se durante fases subsequentes do revenido, produzindo novos produtos de transformação que afetam tanto as dimensões como as propriedades mecânicas.

Com uma temperatura mais elevada ou um tempo de manutenção mais longo, as partículas de carboneto engrossam ou transformam-se em compostos mais estáveis, enquanto a matriz ferrítica recupera e perde parte do seu endurecimento por deslocações. Estas alterações reduzem normalmente a dureza e a tensão de cedência, mas aumentam a tenacidade e a ductilidade. O resultado é martensite revenida: uma matriz ferrítica que contém uma distribuição de partículas de carboneto, sendo essa distribuição determinada pela composição e pelo histórico do tratamento, e não apenas pela temperatura.

Os aços-ferramenta de alta liga podem desenvolver endurecimento secundário durante o revenido através da precipitação fina de carbonetos de liga. Strong evidence

Endurecimento secundárioEndurecimento secundário Aumento da dureza durante o revenido causado pela precipitação de carbonetos finos de liga após reações iniciais de amaciamento.

Os aços-ferramenta de elevada liga constituem uma exceção importante ao simples amaciamento. A ASM International afirma que o endurecimento secundário é produzido pela precipitação de carbonetos finos de elementos de liga, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, ao vanádio e ao tungsténio (2024). Durante o revenido, estas partículas podem reforçar a matriz de forma suficiente para produzir um aumento da dureza após uma diminuição inicial. Este efeito é designado por endurecimento secundário, e uma precipitação mais intensa proporciona geralmente maior resistência ao revenido.

O National Institute of Standards and Technology relatou, em 1930, que «a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização». Esta conclusão relaciona o pico não só com a temperatura de revenido, mas também com o ciclo de têmpera anterior. Um grau de austenitização mais elevado pode dissolver uma maior quantidade de elementos de liga e de carbono na austenite antes da têmpera, alterando a composição disponível para precipitação posterior. Consequentemente, o mesmo programa nominal de revenido pode produzir curvas de dureza diferentes após tratamentos de austenitização diferentes.

O aço-ferramenta H13 ilustra por que razão o histórico de aquecimento deve ser incluído. Um estudo revisto por pares registou um método para prever a resposta ao revenido do H13 em programas isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, incluindo o comportamento de endurecimento secundário (registo de publicação da University of Arizona, 2013). Um componente aquecido continuamente através de um intervalo de precipitação não experimenta necessariamente as mesmas reações que um componente mantido isotermicamente a essa temperatura. A resposta de dureza calculada pode diferir, mesmo quando a temperatura nominal final é idêntica.

J. H. Hollomon e L. D. Jaffe abordaram, em 1945, o problema tempo-temperatura através da formulação de uma relação entre o tempo de revenido, a temperatura e a composição do aço temperado. A expressão de Hollomon-Jaffe é normalmente escrita como:

T(log t + c)

Aqui, T é a temperatura absoluta, t é o tempo de revenido e c é uma constante dependente da composição e das condições. A expressão fornece um parâmetro de revenido para comparar exposições e quantificar o grau de revenido da martensite. É útil porque permite combinar a temperatura e o tempo num único índice, mas um parâmetro equivalente não elimina as diferenças na velocidade de aquecimento, na microestrutura anterior, na austenitização, na espessura da secção ou na resposta da liga.

O ASM Handbook Volume 4C observa que as correlações de Hollomon-Jaffe e Grange-Baughman podem representar condições equivalentes de tempo-temperatura na avaliação de aços endurecidos por indução (ASM International, 2024). Essa concordância diz respeito à correlação, não constitui uma prova de que todos os percursos térmicos produzam a mesma microestrutura. A distinção é importante em peças endurecidas superficialmente, nas quais um gradiente acentuado de temperatura e a variação da temperatura ao longo da secção podem tornar não uniforme o histórico efetivo de revenido.

Por que razão a dureza não é a única variável de resposta

A dureza é fácil de medir, mas constitui apenas um dos resultados do revenido. A resistência pode diminuir à medida que a deformação martensítica e a densidade de deslocações diminuem, e depois aumentar localmente quando precipitam carbonetos finos de elementos de liga. A tenacidade pode melhorar devido ao alívio das tensões internas, mas a decomposição da austenite retida, a morfologia dos carbonetos ou determinados intervalos de temperatura de fragilização podem reduzir a tenacidade em aços específicos. A estabilidade dimensional pode melhorar através do alívio de tensões, enquanto a transformação da austenite retida pode causar uma expansão mensurável.

A microestrutura explica estas tendências concorrentes. A difusão do carbono, a recuperação, a precipitação de carbonetos, a decomposição da austenite retida e o engrossamento das partículas podem ocorrer em sequência ou sobrepor-se. A estrutura final controla o comportamento à fadiga, a resistência ao desgaste, a resistência à fratura e a resistência a exposições térmicas posteriores, e não apenas o valor de indentação obtido num ensaio de dureza.

Um estudo de 2013 sobre aços para matrizes de forjamento a quente e a morno utilizou o parâmetro de revenido — também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com a alteração da dureza. Estas correlações são práticas para descrever um determinado tipo de aço e intervalo de tratamento. Não constituem leis universais da dureza. O tipo de aço, a condição inicial e o histórico do tratamento continuam a ser determinantes, razão pela qual o revenido deve ser especificado como um percurso térmico e uma microestrutura resultante, e não simplesmente como «amaciamento».

As Variáveis que Controlam a Resposta ao Revenido

O revenido não é definido apenas pelo valor de referência definido para o forno. A ASM International afirma no ASM Handbook Volume 4A (2024): «O revenido é o aquecimento de aço temperado ou normalizado a uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior.» Esta definição identifica uma via de transformação, não uma operação única. A temperatura, o tempo, o teor de carbono, o teor de elementos de liga e os elementos residuais influenciam todos a microestrutura e as propriedades resultantes. A velocidade de aquecimento, a temperatura efetivamente atingida pelo próprio aço, o tratamento de austenitização precedente e a têmpera também são relevantes.

Temperatura e duração

Durante o revenido, o carbono difunde-se a partir da martensite sobressaturada, formam-se carbonetos ou altera-se a sua composição, a austenite retida pode decompor-se e a estrutura martensítica sofre recuperação. O U.S. Department of Energy descreve o processo através destas reações interligadas de difusão, precipitação, decomposição e recuperação, e não como um simples amolecimento induzido pelo calor. A temperaturas relativamente baixas, a segregação do carbono e a precipitação de carbonetos de transição podem reduzir as tensões internas, mantendo simultaneamente uma dureza substancial. Com o aumento da temperatura ou do tempo de manutenção, o engrossamento dos carbonetos, a recuperação da ferrite e novas transformações reduzem geralmente a dureza e a resistência.

A palavra «geralmente» é importante. Nos aços-ferramenta de alta liga, a dureza pode aumentar após uma diminuição inicial. A ASM International referiu, em 2024, que o endurecimento secundário é produzido pela precipitação de carbonetos finos de elementos de liga, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, ao vanádio e ao tungsténio. O aço tem primeiro de conter uma quantidade suficiente de elementos de liga e de carbono dissolvidos, e o tratamento de austenitização anterior tem de colocar esses elementos numa condição que permita a ocorrência de precipitação. Uma precipitação mais intensa produz maior resistência ao revenido, mas o pico e a sua magnitude dependem da qualidade do aço e do seu historial; não existe uma temperatura universal de endurecimento secundário.

A duração altera o resultado mesmo quando a temperatura nominal é idêntica. Uma exposição curta pode produzir precipitação ou recuperação incompletas, enquanto uma manutenção mais longa permite que as reações controladas por difusão avancem mais. Ciclos repetidos de revenido acrescentam outro elemento ao historial: o primeiro ciclo pode transformar a austenite retida ou alterar a população de locais de nucleação, pelo que o segundo ciclo não atua sobre a martensite original.

A temperatura do forno também não corresponde necessariamente à temperatura da peça. Um pequeno provete pode aproximar-se rapidamente do valor de referência, enquanto uma matriz, um veio ou uma chapa de grandes dimensões desenvolve gradientes térmicos ao longo da sua secção. Um ciclo de aquecimento rápido pode expor a superfície à temperatura nominal de revenido antes de o núcleo a atingir. Inversamente, uma rampa lenta permite que as reações se iniciem continuamente a cada temperatura intermédia. Assim, «540 °C durante duas horas» é uma especificação incompleta, a menos que o programa indique como a peça foi aquecida, quando começou o tempo de manutenção e se a temperatura indicada foi medida no forno ou no aço.

J. H. Hollomon e L. D. Jaffe abordaram este problema no seu artigo de 1945 publicado em Metals Technology, relacionando o tempo de revenido, a temperatura e a composição com a estrutura e as propriedades do aço temperado. A expressão de Hollomon-Jaffe é habitualmente escrita como:

$$P=T(\log t+c)$$

em que $T$ é a temperatura absoluta, $t$ é o tempo e $c$ é uma constante dependente da composição e do material. O U.S. Department of Energy descreve este parâmetro como uma forma de quantificar o grau de revenido da martensite. É útil para comparar exposições, mas um parâmetro igual não elimina as diferenças na velocidade de aquecimento, na microestrutura anterior, na austenitização, na dimensão da secção ou na resposta da liga. Dois ciclos podem ter o mesmo $P$ calculado e, ainda assim, produzir perfis de dureza diferentes.

Carbono, elementos de liga e elementos residuais

O carbono controla a quantidade e o grau de sobressaturação da martensite formada durante a têmpera, pelo que o teor nominal de carbono afeta fortemente a dureza inicial e a quantidade de carbono disponível para as reações de revenido. Uma maior quantidade de carbono pode favorecer uma martensite mais dura e uma maior quantidade de elementos formadores de carbonetos, embora a resposta final também dependa da estabilidade da austenite e do carbono dissolvido antes da têmpera. O carbono retido em carbonetos não dissolvidos não é equivalente ao carbono dissolvido na austenite.

O crómio, o molibdénio, o vanádio e o tungsténio alteram a estabilidade dos carbonetos, a difusão e a cinética de precipitação. O crómio pode aumentar a temperabilidade e contribuir para a formação de carbonetos estáveis; o molibdénio, o vanádio e o tungsténio podem favorecer a precipitação de carbonetos finos de elementos de liga durante o endurecimento secundário. Estes elementos podem retardar o amolecimento a temperaturas elevadas de revenido, mas o seu efeito depende da dissolução durante a austenitização e da dimensão e distribuição dos carbonetos existentes. Uma austenitização excessiva pode dissolver uma maior quantidade de carbonetos e enriquecer a austenite, enquanto uma austenitização insuficiente pode deixar os elementos de liga indisponíveis para uma precipitação posterior.

No aço rápido estudado pelo NIST, a intensidade do pico de endurecimento secundário aumentou com o grau de austenitização. Strong evidence

O estudo do NIST sobre aço rápido, publicado em 1930, afirmava que «a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização». Este resultado constitui um aviso direto contra a atribuição de uma única curva de revenido fixa a uma qualidade nominal. Uma austenitização mais intensa pode alterar o teor de carbono e de elementos de liga em solução, a quantidade de austenite retida, a composição da martensite e o potencial de precipitação. Pode também aumentar o tamanho dos grãos de austenite anteriores, o que afeta o comportamento de transformação e a tenacidade.

Os elementos residuais e o historial de fabrico acrescentam variáveis menores, mas por vezes importantes. O silício, o manganês, o níquel, o cobre, o fósforo, o enxofre, o azoto, o oxigénio e as adições em teores residuais podem influenciar as reações dos carbonetos, a austenite retida, a segregação e a fragilização por revenido. As tensões residuais e a deformação anterior alteram os locais de nucleação e as velocidades de recuperação. Consequentemente, dois provetes certificados segundo a mesma qualidade nominal podem diferir porque as suas corridas, distribuições de carbonetos ou reduções de forjamento são diferentes, mesmo antes do início do tratamento térmico.

Um aço-ferramenta de alta liga ilustra claramente este ponto. O revenido convencional amolece a martensite não revenida à medida que o carbono abandona os locais sobressaturados e a recuperação avança. O endurecimento secundário inverte a tendência da dureza durante parte do ciclo, porque os carbonetos finos de elementos de liga proporcionam endurecimento por precipitação e restringem a recuperação. O pico posterior não demonstra que o revenido tenha cessado; demonstra que as reações concorrentes se alteraram, passando a controlar a dureza uma reação diferente.

Condição inicial, severidade da têmpera e dimensão da secção

A estrutura temperada constitui a condição inicial do revenido. O tamanho do grão de austenite, o carbono dissolvido, os carbonetos não dissolvidos, a austenite retida, a morfologia da martensite e as tensões resultantes da têmpera influenciam todos a resposta subsequente. Um provete temperado a uma velocidade suficientemente elevada para formar sobretudo martensite não sofrerá o mesmo revenido que um provete contendo bainite ou perlite. Do mesmo modo, o centro de uma secção espessa não apresentará necessariamente o mesmo comportamento que a sua superfície.

A severidade da têmpera determina a velocidade de arrefecimento e, por conseguinte, os produtos de transformação. A têmpera em água, polímero, óleo e gás produz diferentes históricos de arrefecimento, e até o mesmo meio de têmpera pode produzir resultados diferentes em função de alterações na agitação, na temperatura e na carga. Uma secção de grandes dimensões arrefece lentamente no núcleo, permitindo a formação de bainite, perlite ou austenite retida onde um pequeno provete formaria martensite. Durante o revenido, essas regiões sofrem então reações diferentes e podem atingir valores de dureza distintos.

A dimensão da secção também altera o atraso na austenitização e no revenido. A superfície pode ultrapassar a temperatura-alvo enquanto o núcleo ainda está a aquecer, criando um gradiente radial de revenido. Se o controlador iniciar o tempo de manutenção quando o forno atinge o valor de referência, o centro receberá menos tempo à temperatura do que o programa sugere. Se um termopar for colocado na superfície, o historial registado pode sobrestimar a exposição do interior.

O aço-ferramenta H13 pode apresentar diferentes respostas de dureza previstas sob ciclos de revenido isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, incluindo comportamento de endurecimento secundário. Limited evidence

Um estudo revisto por pares de 2013 sobre aço-ferramenta H13 modelou ciclos de revenido isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, prevendo respostas de dureza diferentes, incluindo o comportamento de endurecimento secundário. Esta conclusão apoia o tratamento do revenido como um historial térmico contínuo. O ASM Handbook Volume 4C (2024) compara igualmente as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman para aços endurecidos por indução, como formas de representar condições equivalentes de tempo e temperatura, e não como substitutos da medição do processo efetivo.

Um estudo de 2013 publicado no Journal of Materials Processing Technology sobre aços para matrizes de forjamento a quente e a morno utilizou o parâmetro de revenido — também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com a alteração da dureza. Estas correlações são valiosas para a comparação de processos, mas continuam a ser descrições empíricas de um aço e de uma condição inicial especificados. A mesma designação de temperatura nominal pode descrever tratamentos metalúrgicos diferentes quando se alteram a velocidade de aquecimento, a dimensão da secção, a austenitização, a têmpera ou o revenido anterior.

Mecanismos do Revenido: Difusão, Decomposição e Recuperação

A ASM International define o revenido como “o aquecimento de aço temperado ou normalizado até uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior” (ASM Handbook, Volume 4A, 2024). Esta definição identifica a janela de tratamento, não uma reação única. A microestrutura e as propriedades resultantes dependem da temperatura e do tempo de revenido, do teor de carbono, do teor de elementos de liga, dos elementos residuais, da austenitização prévia, das condições de têmpera e do historial térmico. Um aço temperado pode, por conseguinte, amolecer, conservar grande parte da sua dureza ou desenvolver um aumento posterior da dureza à medida que a sua matriz martensítica sobressaturada se transforma.

O U.S. Department of Energy descreve o revenido como uma sequência que envolve difusão do carbono, formação de carbonetos, decomposição da austenite retida e recuperação. Estes fenómenos sobrepõem-se, em vez de ocorrerem como quatro etapas perfeitamente separadas. As suas velocidades e importância relativa variam em função da composição e do percurso térmico. “Revenido a baixa temperatura”, “revenido a temperatura intermédia” e “revenido a alta temperatura” são descrições úteis do processo, mas não identificam um conjunto universal de reações. Um aço-ferramenta de alta liga e um aço martensítico simples ao carbono podem responder de forma muito diferente à mesma temperatura nominal.

Difusão do carbono e revenido em fase inicial

A martensite recém-formada é uma fase sobressaturada e deformada. O carbono ocupa posições intersticiais que não estão em equilíbrio com a rede martensítica tetragonal de corpo centrado, enquanto a têmpera gerou uma densidade substancial de deslocações e tensões residuais. Durante a primeira parte do revenido, o carbono desloca-se por curtas distâncias em direção a posições mais favoráveis: deslocações, limites das ripas, regiões auto-revenidas e partículas incipientes de carbonetos de ferro. Esta redistribuição reduz a tetragonalidade da rede e diminui as tensões elásticas e de distorção associadas ao estado após a têmpera.

A reação inicial não consiste simplesmente na “remoção da dureza”. A segregação do carbono pode estabilizar configurações locais antes de se desenvolver uma população reconhecível de carbonetos, e o grau de alívio das tensões depende da temperatura, do tempo e da velocidade de aquecimento. Um componente aquecido lentamente começa a sofrer alterações enquanto o seu núcleo e a sua superfície ainda se encontram a temperaturas diferentes. Um componente aquecido rapidamente pode atravessar o mesmo intervalo de temperaturas nominais antes de a difusão produzir a mesma distribuição de carbono. A dimensão da secção é importante pela mesma razão.

Nas martensites de aços simples ao carbono e de aços de baixa liga, podem formar-se carbonetos de transição antes do desenvolvimento de cementite mais estável. A sequência exata depende do teor de carbono, das adições de elementos de liga e da morfologia inicial da martensite. Algumas martensites de baixo teor de carbono contêm menos carbono sobressaturado e podem apresentar uma reação inicial mais fraca; as martensites de maior teor de carbono podem apresentar maior tetragonalidade e um alívio inicial das tensões mais acentuado. Estas diferenças explicam por que razão uma designação de temperatura não pode substituir uma descrição baseada no mecanismo.

O método de Hollomon-Jaffe, formulado por J. H. Hollomon e L. D. Jaffe em 1945, relaciona o tempo de revenido, a temperatura e a composição com a estrutura e as propriedades desenvolvidas no aço temperado. A sua forma familiar, $T(\log t+c)$, é utilizada para quantificar o grau de revenido da martensite, sendo $T$ a temperatura absoluta, $t$ o tempo e $c$ uma constante relacionada com a composição. É uma ferramenta útil de comparação, não uma eliminação do historial metalúrgico. Parâmetros iguais não garantem resultados iguais quando diferem a velocidade de aquecimento, a microestrutura prévia, a austenitização, a dimensão da secção ou a resposta da liga.

Formação e crescimento dos carbonetos

À medida que o carbono abandona a martensite sobressaturada, a precipitação de carbonetos torna-se uma parte central da resposta ao revenido. Em muitos aços, os produtos evoluem de carbonetos de transição finos para cementite mais estável, enquanto os elementos de liga podem atrasar, alterar ou substituir essa sequência. A nucleação dos carbonetos consome carbono e altera a composição da matriz; o crescimento e o engrossamento reduzem os obstáculos disponíveis para as deslocações. O amolecimento normal durante o revenido ocorre geralmente quando a matriz perde a sobressaturação e os precipitados se tornam maiores ou ficam mais espaçados.

Os aços-ferramenta de alta liga podem inverter esta tendência. A ASM International afirma que “o endurecimento secundário em aços-ferramenta de alta liga é produzido pela precipitação de carbonetos finos de liga”, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, ao vanádio e ao tungsténio (2024). Carbonetos de liga finos, com relações coerentes ou semicoerentes com a matriz, podem dificultar o movimento das deslocações de forma mais eficaz do que a cementite grosseira, produzindo um aumento da dureza durante um intervalo posterior de revenido. Uma precipitação mais intensa proporciona geralmente maior resistência ao revenido, embora o resultado dependa da quantidade de liga em solução, do ciclo de revenido e da estabilidade da matriz.

A austenitização controla esta resposta, pois determina quais os carbonetos que se dissolvem e a quantidade de elementos de liga e de carbono que entra na austenite antes da têmpera. Um estudo de 1930 do National Institute of Standards and Technology sobre aço rápido concluiu que “a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização”. Esta observação não estabelece uma temperatura de pico ou uma dureza fixa para todos os aços rápidos. Demonstra que o estado inicial controla o potencial de precipitação.

O estudo revisto por pares de 2013 sobre o aço-ferramenta H13 é útil pelo mesmo motivo. O seu método prevê a dureza após ciclos de revenido isotérmico, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, incluindo o comportamento de endurecimento secundário. Estes ciclos podem produzir respostas de dureza previstas diferentes, mesmo quando os seus intervalos nominais de exposição se sobrepõem. Durante o aquecimento contínuo, a precipitação e a recuperação prosseguem enquanto a temperatura aumenta; um tratamento isotérmico proporciona às reações mais tempo a uma temperatura selecionada. Considerar ambos os ciclos equivalentes apenas por partilharem um parâmetro de revenido calculado pode ocultar estas diferenças.

Decomposição da austenite retida e recuperação da matriz

A têmpera pode deixar austenite retida, especialmente quando as adições de elementos de liga reduzem as temperaturas de transformação ou quando as condições de austenitização dissolvem quantidades substanciais de carbono e de elementos de liga. Durante o revenido, a austenite retida pode rejeitar carbono, transformar-se em produtos ferríticos e carbonetos ou tornar-se menos estável antes de se transformar durante o arrefecimento. A sua decomposição pode alterar a estabilidade dimensional, a dureza e as tensões residuais. O momento em que ocorre depende do tipo de aço, e a austenite retida não segue o mesmo percurso em todos os aços.

A recuperação da matriz ocorre em simultâneo com estas reações. As deslocações reorganizam-se ou aniquilam-se, as tensões nas ripas e nas placas diminuem e os campos locais de deformação tornam-se menos intensos. A recuperação reduz geralmente a resistência e a dureza, mas a precipitação pode compensar ou superar essa perda nos aços de endurecimento secundário. A propriedade final resulta, portanto, do equilíbrio entre o amolecimento da matriz, o alívio das tensões, a transformação da austenite retida, a precipitação dos carbonetos e o engrossamento dos carbonetos.

O ASM Handbook, Volume 4C, compara as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman como representações de condições equivalentes de tempo-temperatura para a avaliação de aços endurecidos por indução. Estas correlações são formas práticas de organizar dados, não uma prova de que dois históricos térmicos criam microestruturas idênticas. Um estudo de 2013 sobre aço para matrizes de forjamento a quente ou a morno, publicado no Journal of Materials Processing Technology, utilizou igualmente o parâmetro de revenido — também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com a variação da dureza. Estas ferramentas descrevem tendências dentro de um material e de um intervalo de tratamento definidos. Não fornecem valores universais de dureza nem alterações garantidas das propriedades, porque o tipo de aço, o estado inicial, a austenitização, o percurso de aquecimento e o historial de arrefecimento continuam a fazer parte do mecanismo de revenido.

Endurecimento secundário em aços para ferramentas de alta liga

Por que a dureza pode aumentar durante o revenido

O revenido não é definido simplesmente como um amolecimento. A ASM International afirma, no ASM Handbook Volume 4A (2024): «O revenido é o aquecimento de aço endurecido ou normalizado a uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior.» A estrutura e as propriedades resultantes dependem da temperatura e do tempo de revenido, do teor de carbono, do teor de elementos de liga, dos elementos residuais e da condição produzida pelo endurecimento ou pela normalização. Essas variáveis determinam quais as reações que ocorrem e até que ponto progridem.

Nos aços ao carbono simples e em muitos aços de baixa liga, o resultado habitual é uma diminuição da dureza. A martensite temperada contém carbono sobressaturado, elevada densidade de deslocações e uma tensão interna substancial. Durante o revenido, o carbono difunde-se para fora da martensite, formam-se carbonetos de transição ou cementite, a austenite retida pode decompor-se e a estrutura martensítica recupera. A análise do revenido publicada pelo U.S. Department of Energy em 2010 descreve estes processos interligados como difusão do carbono, formação de carbonetos, decomposição da austenite e recuperação. Cada um deles reduz geralmente a energia de deformação armazenada e a resistência à deformação plástica.

Os aços para ferramentas de alta liga podem seguir uma trajetória diferente. À medida que a temperatura aumenta, os elementos de liga que permaneceram dissolvidos durante a têmpera podem difundir-se a curtas distâncias e formar uma população densa de carbonetos de liga extremamente pequenos. Estas partículas dificultam o movimento das deslocações. Se o seu efeito de reforço exceder o amolecimento causado pela recuperação da martensite, a dureza medida aumenta durante o revenido. Este fenómeno designa-se por endurecimento secundário.

A ASM International explica que «o endurecimento secundário em aços para ferramentas de alta liga é produzido pela precipitação de carbonetos de liga finos», incluindo carbonetos associados ao molibdénio, vanádio e tungsténio. A palavra finos é importante. Uma população de carbonetos grosseiros não reforça a matriz com a mesma eficácia, porque as partículas estão mais afastadas entre si e oferecem menor resistência às deslocações em movimento. Precipitados muito pequenos, distribuídos pela martensite revenida, produzem endurecimento por precipitação enquanto a matriz ainda se encontra em recuperação.

A resposta é, portanto, uma competição entre o amolecimento e o reforço. O revenido inicial pode reduzir a dureza à medida que o carbono abandona a martensite. A uma temperatura mais elevada, a precipitação de carbonetos de liga pode inverter essa tendência. Com uma exposição ainda mais elevada, os precipitados tornam-se grosseiros, a matriz perde uma parte maior da sua resistência martensítica e a dureza volta a diminuir. Nem todos os graus apresentam um aumento significativo, e uma curva de dureza pode conter reações sobrepostas, em vez de um único pico bem definido.

Carbonetos associados ao molibdénio, vanádio e tungsténio

O molibdénio, o vanádio e o tungsténio são fundamentais para o endurecimento secundário, porque apresentam uma forte tendência para formar carbonetos e difundem-se da matriz do aço para os precipitados durante tratamentos de revenido adequados. As fases exatas dependem da composição e da história térmica. Os carbonetos podem ser descritos por designações de estrutura cristalina ou de composição, como MC, M₂C, M₆C ou M₂₃C₆, em que M representa um ou mais elementos metálicos; estas designações não significam que todos os aços formem todas as fases indicadas.

O vanádio contribui frequentemente para a formação de carbonetos MC muito estáveis e ricos em vanádio. A sua resistência à dissolução permite-lhes permanecer eficazes a temperaturas que provocariam o engrossamento ou a dissolução de partículas menos estáveis. O molibdénio pode participar na precipitação fina do tipo M₂C e em populações mistas de carbonetos de liga. O tungsténio pode integrar carbonetos do tipo M₆C ou outros carbonetos mistos, dependendo do aço e do ciclo de revenido. Nos aços rápidos, nos quais o tungsténio, o molibdénio, o vanádio, o crómio e o carbono se encontram combinados em teores substanciais, podem formar-se várias famílias de carbonetos de forma sequencial ou simultânea.

A composição química da matriz antes do revenido é crucial. A austenitização dissolve alguns carbonetos e enriquece a austenite em carbono e elementos de liga, enquanto os carbonetos não dissolvidos mantêm outros elementos fora da matriz. A têmpera produz então martensite e, frequentemente, austenite retida. Uma temperatura de austenitização mais elevada ou um tempo de manutenção mais longo pode dissolver uma quantidade maior de carbonetos, embora uma austenitização excessiva possa provocar crescimento do grão e outros danos. O teor de elementos de liga dissolvidos disponível para precipitação posterior pode, consequentemente, alterar a resposta ao endurecimento secundário.

Um estudo do National Institute of Standards and Technology sobre aço rápido, publicado em 1930, referiu que «a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização». Esta observação não deve ser convertida numa temperatura universal ou num aumento de dureza universal. Uma austenitização mais intensa pode aumentar a quantidade de elementos de liga disponível para precipitação, mas também altera o tamanho do grão, a austenite retida, a atividade do carbono e a quantidade de carbonetos não dissolvidos. A curva final reflete todas essas alterações.

Resistência ao revenido e o pico de endurecimento secundário

Resistência ao revenido significa conservar a dureza, a resistência ou a estabilidade dimensional durante uma exposição térmica especificada. A precipitação fina de carbonetos de liga aumenta a resistência ao revenido, porque os precipitados se opõem ao movimento das deslocações e retardam a perda de resistência martensítica. Um aço com um endurecimento secundário acentuado pode apresentar pouco amolecimento num intervalo de temperaturas em que um aço ao carbono simples perderia rapidamente a dureza. Isto não significa que seja imune ao revenido; uma exposição prolongada acaba por permitir a recuperação, o engrossamento dos carbonetos, a transformação da austenite retida e outras reações de amolecimento.

A posição e a magnitude do pico dependem do grau e da história térmica. Não podem ser indicadas de forma responsável como valores fixos sem especificar o aço, a dureza inicial, o tratamento de austenitização, a têmpera, o tempo de revenido, a velocidade de aquecimento, o método de arrefecimento e o ensaio de dureza. O AISI H13, por exemplo, pode apresentar uma resposta diferente da de um aço rápido rico em tungsténio, porque o equilíbrio dos elementos de liga e a população de carbonetos são diferentes. Mesmo dois provetes de H13 podem produzir curvas diferentes após tratamentos distintos de austenitização ou têmpera.

O método de J. H. Hollomon e L. D. Jaffe, de 1945, relaciona o tempo de revenido, a temperatura e a composição com a estrutura e as propriedades desenvolvidas no aço temperado. A sua forma habitual é o parâmetro de revenido:

$$P=T(\log t+c)$$

Aqui, T é a temperatura absoluta, t é o tempo e c é uma constante dependente da composição e da resposta. O U.S. Department of Energy descreve esta expressão como uma quantificação do grau de revenido da martensite. É útil para comparar exposições e ajustar dados de dureza, mas um parâmetro igual não elimina as diferenças na velocidade de aquecimento, na microestrutura inicial, na austenitização, na dimensão da secção ou na resposta da liga.

Esta limitação é especialmente importante no processamento não isotérmico. O estudo sujeito a revisão por pares publicado em 2013 sobre aço para ferramentas H13 analisou ciclos de revenido isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, e desenvolveu um método que previu diferentes respostas de dureza, incluindo o comportamento de endurecimento secundário. Uma secção aquecida rapidamente pode atravessar intervalos de precipitação antes que a difusão e o crescimento dos carbonetos correspondam ao pressuposto isotérmico. Os gradientes de temperatura fazem também com que a superfície e o núcleo sigam trajetórias térmicas diferentes.

O ASM Handbook Volume 4C (2024) compara as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman para aços endurecidos por indução, tratando-as como formas de representar condições equivalentes de tempo-temperatura para avaliar a resposta ao revenido. «Equivalente» significa equivalente dentro do intervalo de correlação e de materiais testado, não uma história microestrutural idêntica.

Um estudo de 2013 publicado no Journal of Materials Processing Technology, sobre aços para matrizes de forjamento a quente e a morno, utilizou igualmente o parâmetro de revenido — também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com a variação da dureza. Estas correlações são ferramentas de processo valiosas, mas descrevem o comportamento medido para aços e tratamentos especificados. Não estabelecem um pico universal de endurecimento secundário. Nos aços para ferramentas de alta liga, o revenido continua a ser uma sequência de reações concorrentes de difusão, precipitação, transformação e recuperação.

A Austenitização como fator determinante do endurecimento secundário

A austenitização não é apenas uma etapa preliminar de aquecimento antes da têmpera. Estabelece o estado químico e estrutural a partir do qual se forma a martensite, e esse estado determina a forma como o aço responde durante o revenido. O Volume 4A do ASM Handbook define o revenido como “o aquecimento de aço endurecido ou normalizado a uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior”. A microestrutura resultante depende da temperatura e do tempo de revenido, do teor de carbono, do teor de elementos de liga e dos elementos residuais. Essas variáveis atuam sobre um estado prévio estabelecido pela austenitização, pela dissolução, pelo crescimento dos grãos e pela têmpera.

Dissolução dos elementos de liga antes da têmpera

Durante a austenitização, alguns carbonetos dissolvem-se na austenite, enquanto outros permanecem não dissolvidos. A temperatura, o tempo de manutenção, a velocidade de aquecimento e a população original de carbonetos determinam esse equilíbrio. O carbono e os elementos de liga substitucionais, como o crómio, o molibdénio, o tungsténio e o vanádio, não entram em solução a velocidades idênticas; por isso, a austenite pode sair do forno com teores de soluto muito diferentes, mesmo quando dois tratamentos utilizam o mesmo grau nominal de aço.

Esse material dissolvido é importante após a têmpera. Uma maior quantidade de carbono e de elementos de liga na austenite pode produzir uma matriz martensítica mais sobressaturada. Durante o revenido, a difusão do carbono, a formação de carbonetos, a decomposição da austenite retida e a recuperação reduzem progressivamente a energia armazenada e a instabilidade química dessa estrutura. O U.S. Department of Energy descreve estes processos como partes centrais do revenido, mas eles não ocorrem à mesma velocidade em todos os aços nem a partir de todas as condições de austenitização.

Os aços-ferramenta de elevada liga acrescentam ainda outra possibilidade: o endurecimento secundário. A ASM International afirma, na sua descrição de 2024, que “o endurecimento secundário em aços-ferramenta de elevada liga é produzido pela precipitação de carbonetos finos de elementos de liga”, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, ao vanádio e ao tungsténio. Se a matriz temperada contiver uma quantidade suficiente de elementos de liga dissolvidos, o revenido pode produzir uma dispersão densa de carbonetos finos e resistentes. A sua precipitação pode compensar, ou exceder temporariamente, o amaciamento causado pelo revenido da martensite. É por isso que a dureza não tem necessariamente de diminuir de forma monotónica à medida que aumenta a temperatura de revenido.

A austenitização também controla o que permanece fora da matriz. Os carbonetos primários não dissolvidos podem limitar o crescimento dos grãos de austenite e reter elementos de liga que, de outro modo, contribuiriam para a precipitação secundária. A austenite retida pode aumentar quando a austenite contém mais carbono e elementos de liga dissolvidos, porque a sua temperatura de início da transformação em martensite é reduzida. No revenido subsequente, essa austenite retida pode decompor-se ou transformar-se, acrescentando uma alteração de dureza independente às reações de precipitação e recuperação.

Resultados do NIST em aço rápido

Um artigo do National Institute of Standards and Technology, publicado em 1930, estabelece uma ligação direta entre a austenitização e o endurecimento secundário no aço rápido. A sua conclusão declarada é que “a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização”. Neste contexto, o grau de austenitização refere-se à extensão em que o tratamento térmico dissolveu os constituintes carbonetados e enriqueceu a austenite antes da têmpera, e não simplesmente a uma temperatura de forno indicada numa ficha de especificações.

A lógica metalúrgica é clara. Uma dissolução mais completa pode introduzir uma maior quantidade de elementos formadores de carbonetos na martensite sobressaturada. Durante o revenido, essa matriz apresenta um maior potencial para a precipitação de carbonetos finos ricos em molibdénio, tungsténio ou vanádio. A precipitação resultante reforça a matriz e aumenta a resistência ao amaciamento durante o revenido. A observação do NIST relaciona, portanto, a intensidade da resposta de endurecimento secundário com o estado inicial de soluto do aço temperado.

Isto não estabelece uma instrução universal para aumentar a temperatura de austenitização. Um aquecimento excessivo pode aumentar o tamanho dos grãos de austenite prévia, elevar a quantidade de austenite retida, promover a descarbonização ou o sobreaquecimento e alterar a sensibilidade à fissuração durante a têmpera. Pode também dissolver carbonetos cuja fração não dissolvida era necessária para o controlo do tamanho dos grãos. Um tamanho de grão maior pode alterar a temperabilidade e o comportamento à fratura, mesmo quando a dureza final parece aceitável. Assim, a resposta pode tornar-se menos útil apesar de uma maior dissolução nominal dos elementos de liga.

Uma austenitização insuficiente cria o problema oposto. Os carbonetos de elementos de liga não dissolvidos podem deixar na austenite uma quantidade demasiado pequena de carbono e de elementos de liga para atingir a dureza martensítica ou a resposta de precipitação secundária pretendidas. Uma dissolução incompleta também pode produzir segregação química entre as regiões da matriz e as regiões ricas em carbonetos. A têmpera produz então uma estrutura menos uniforme, e o revenido não consegue corrigir completamente essa condição inicial.

O compromisso entre a austenitização e a resposta final

A resposta final é o resultado de uma história de processamento, e não do efeito de uma única temperatura. O método de J. H. Hollomon e L. D. Jaffe, de 1945, relaciona o tempo de revenido, a temperatura e a composição através de um parâmetro de revenido habitualmente escrito como T(log t + c), utilizado para quantificar o grau de revenido da martensite. O parâmetro é útil para comparar exposições, mas um valor equivalente não elimina as diferenças na velocidade de aquecimento, na microestrutura prévia, na austenitização, na dimensão da secção, na austenite retida ou na precipitação específica da liga.

Um estudo revisto por pares, publicado em 2013 sobre o aço-ferramenta H13, demonstrou esta limitação ao tratar separadamente ciclos isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido. As respostas de dureza previstas foram diferentes, e os cálculos incluíram o comportamento de endurecimento secundário. Uma secção aquecida rapidamente não permanece durante o mesmo tempo nos intervalos de transformação e precipitação que uma secção revenida isotermicamente; por isso, descrições com a mesma temperatura máxima nominal e o mesmo tempo de manutenção podem ocultar reações diferentes.[1][1] Tempering of Induction-Hardened Steels. ASM International. ASM Handbook Volume 4C, 2024.

O Volume 4C do ASM Handbook também compara as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman para aços endurecidos por indução. Ambas representam condições equivalentes de tempo e temperatura para avaliar a resposta ao revenido, mas a sua utilidade depende do ciclo térmico e do estado do material utilizados para estabelecer a correlação. O estudo sobre aços para matrizes de forjamento a quente e a morno, publicado em 2013 no Journal of Materials Processing Technology, utilizou o parâmetro de revenido — também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com a alteração da dureza. Estas correlações organizam os dados; não fornecem valores fixos de dureza nem alterações garantidas das propriedades entre diferentes graus de aço.

A austenitização deve, portanto, ser selecionada de modo a equilibrar a dissolução, o controlo do tamanho dos grãos, a gestão da austenite retida, a resposta à têmpera e a sequência de precipitação pretendida. O resultado do NIST apoia um pico de endurecimento secundário mais intenso com um maior grau de austenitização no aço rápido estudado. Não torna, porém, a dissolução máxima no objetivo geral. O objetivo útil é obter a estrutura inicial que proporcione a resposta final necessária após a história completa de têmpera e revenido.

Equivalência tempo-temperatura e parâmetro de Hollomon-Jaffe

A formulação de Hollomon e Jaffe de 1945

O revenido não é definido simplesmente como um «amaciamento após a têmpera». O ASM Handbook, Volume 4A, define-o como «o aquecimento de aço endurecido ou normalizado a uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior» (ASM International, 2024). Durante esse tratamento, o carbono difunde-se a partir da martensite sobressaturada, podem formar-se carbonetos de transição e cementite, a austenite retida pode decompor-se e a estrutura martensítica sofre recuperação. A dureza e a tenacidade finais dependem da temperatura e do tempo, mas também do teor de carbono, das adições de elementos de liga, dos elementos residuais, da austenitização anterior e da estrutura produzida pela têmpera.[2][2] Transformation of Austenite: Time-Temperature Relations in Tempering Steel. J. H. Hollomon, L. D. Jaffe. Metals Technology, 1945.

J. H. Hollomon e L. D. Jaffe abordaram a necessidade de comparar tratamentos de revenido no seu artigo de 1945, «Transformation of Austenite: Time-Temperature Relations in Tempering Steel», publicado em Metals Technology. O seu método relacionava o tempo e a temperatura de revenido, bem como a composição, com a estrutura e as propriedades desenvolvidas no aço temperado. O problema prático era simples: um aço revenido durante um período curto a uma temperatura elevada poderia atingir uma condição semelhante à de outro mantido durante muito mais tempo a uma temperatura mais baixa. Uma única temperatura de revenido não poderia descrever ambos os tratamentos.

A sua relação empírica é habitualmente escrita como

$$P=T({\log }_{10}t+C)$$

em que $P$ é o parâmetro de revenido de Hollomon-Jaffe, $T$ é a temperatura absoluta em kelvins, $t$ é o tempo de revenido e $C$ é uma constante dependente da composição e da reação. Em muitos cálculos de engenharia, $C$ recebe um valor próximo de 20, mas esse número é uma convenção, não uma constante do material partilhada por todos os tipos de aço e todas as reações. A unidade de tempo também deve ser indicada, porque a conversão de horas para segundos altera o termo logarítmico e, consequentemente, o valor numérico do parâmetro.

A relação é empírica. Hollomon e Jaffe não estabeleceram uma lei termodinâmica universal que torne todos os tratamentos de revenido permutáveis. Forneceram uma correlação útil para conjuntos de dados nos quais se comparam o mesmo aço, a mesma condição inicial e o mesmo mecanismo de revenido dominante. O parâmetro comprime duas variáveis num único índice, permitindo representar a dureza, a resistência à tração ou outra propriedade medida em função de uma medida comum de exposição.

Significado de $T(\log t+c)$

O termo da temperatura confere ao parâmetro a sua forte sensibilidade à exposição térmica. Deve ser expresso numa escala absoluta, normalmente em kelvins, porque a relação se destina a refletir a dependência da temperatura de reações controladas por difusão. O logaritmo do tempo representa retornos decrescentes ao prolongar uma permanência: aumentar um tratamento de 1 para 10 horas altera ${\log }_{10}t$ em uma unidade, enquanto aumentá-lo de 100 para 110 horas produz apenas uma pequena alteração.

A constante $c$, frequentemente escrita como $C$, ajusta a relação ao aço e à resposta ao revenido que está a ser ajustada. Por vezes é descrita como uma constante relacionada com a composição, porque o carbono e o teor de elementos de liga alteram a difusão, a estabilidade dos carbonetos, a cinética de precipitação e a resistência à recuperação. Na prática, porém, o valor ajustado também pode absorver convenções experimentais, incluindo o intervalo de propriedades selecionado, as unidades de tempo e o mecanismo de reação representado pelos dados. Tratar $C=20$ como uma lei universal pode transmitir uma sensação enganadora de precisão.

Nos aços-carbono comuns e nos aços de baixa liga, o parâmetro apresenta frequentemente uma correlação razoável com o amaciamento progressivo causado pelo revenido, dentro de um intervalo restrito de temperaturas e tempos. A sequência física pode incluir redistribuição do carbono, formação de carbonetos de ferro, decomposição da austenite retida e recuperação da estrutura de deslocações. O U.S. Department of Energy descreve $T(\log t+c)$ como uma medida do grau de revenido da martensite, mas essa interpretação não significa que todos os eventos microestruturais avancem à mesma velocidade.

O mesmo parâmetro também pode descrever um aumento da dureza. Nos aços-ferramenta de alta liga, o revenido pode provocar endurecimento secundário em vez de um amaciamento contínuo. A ASM International atribui o endurecimento secundário à precipitação de carbonetos finos de elementos de liga, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, ao vanádio e ao tungsténio. Uma precipitação mais intensa pode aumentar a resistência ao revenido. O National Institute of Standards and Technology comunicou, relativamente ao aço rápido, que «a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização». Esta observação é importante porque a austenitização altera a quantidade de elementos de liga e de carbono dissolvidos na austenite antes da têmpera. Duas amostras do mesmo tipo nominal podem, portanto, atingir picos de endurecimento secundário diferentes se os seus tratamentos de austenitização forem distintos.

Um valor crescente de dureza para um determinado parâmetro de Hollomon-Jaffe não constitui, por definição, um erro. Pode indicar endurecimento por precipitação, enquanto um valor decrescente pode indicar o revenido da martensite e a recuperação. O parâmetro regista uma exposição calculada; não identifica a reação responsável pela propriedade medida.

O que um parâmetro de revenido equivalente pode e não pode prever

Um parâmetro equivalente é mais útil quando compara tratamentos dentro de uma família controlada: o mesmo tipo de aço, a mesma dimensão da secção, a mesma estrutura temperada, o mesmo ciclo de austenitização, a mesma atmosfera e o mesmo método de medição da propriedade. Dentro desses limites, pode ajudar a estimar se uma combinação revista de temperatura e tempo de permanência deverá produzir uma tendência de dureza semelhante. O ASM Handbook, Volume 4C, apresenta as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman como métodos tempo-temperatura equivalentes para avaliar a resposta ao revenido de aços endurecidos por indução. Essas correlações são ferramentas de engenharia para organizar resultados, não uma prova de que os históricos térmicos sejam fisicamente idênticos.

A velocidade de aquecimento constitui uma limitação importante. Uma amostra aquecida rapidamente até à temperatura de revenido permanece pouco tempo no intervalo de temperaturas mais baixas, enquanto uma amostra aquecida lentamente pode iniciar a redistribuição do carbono, a formação de carbonetos ou a decomposição da austenite retida antes de atingir a temperatura nominal de permanência. Um estudo revisto por pares, publicado em 2013 sobre o aço-ferramenta H13, desenvolveu previsões para ciclos isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, incluindo o comportamento de endurecimento secundário. A sua importância reside no facto de ciclos com valores nominais comparáveis do parâmetro poderem ainda produzir respostas de dureza previstas diferentes quando o percurso de aquecimento se altera.

O revenido interrompido cria outro problema. O arrefecimento entre duas etapas de revenido pode alterar a precipitação, a decomposição da austenite retida e a população de carbonetos de transição. O reaquecimento não retoma necessariamente a mesma reação à mesma velocidade. A dimensão da secção também é importante: a superfície e o centro de uma matriz de grandes dimensões podem experimentar históricos de aquecimento e arrefecimento diferentes, mesmo quando a temperatura do forno é registada como um único valor.

A microestrutura inicial é igualmente importante. O tamanho de grão da austenite, o teor de carbono da martensite, a austenite retida, a segregação e os carbonetos não dissolvidos afetam todos as reações subsequentes. A austenitização é especialmente influente nos aços rápidos e nos aços-ferramenta para trabalho a quente, porque controla a disponibilidade de solutos para a precipitação de carbonetos secundários. Um parâmetro nominalmente equivalente não pode reconstruir essa condição inicial.

A limitação torna-se mais evidente nas proximidades dos picos de transformação ou de precipitação. Uma única curva monotónica de amaciamento não pode representar um aço que primeiro amacia, depois endurece à medida que precipitam carbonetos finos ricos em molibdénio, vanádio ou tungsténio e, posteriormente, volta a amaciar após o sobreenvelhecimento. O estudo sobre aço para matrizes de forjamento a quente e morno, publicado em 2013 no Journal of Materials Processing Technology, utilizou o parâmetro de revenido — também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com as alterações de dureza. Essa abordagem é útil para mapear o comportamento dos aços para matrizes, mas a sua relação ajustada continua associada ao aço investigado e ao intervalo de tratamentos analisado.

Assim, $T(\log t+c)$ é um índice de comparação, não um substituto do histórico térmico ou da evidência microestrutural. Pode organizar os dados de revenido e apoiar a interpolação entre condições testadas. Não pode garantir a mesma dureza, a mesma tenacidade, as mesmas populações de carbonetos ou o mesmo teor de austenite retida quando diferem a velocidade de aquecimento, as interrupções, a austenitização, a estrutura inicial ou a resposta da liga.

Revenido Não Isotérmico e Ciclos Reais de Aquecimento

O revenido não é definido apenas pelo valor de referência do forno. A ASM International afirma no ASM Handbook Volume 4A (2024): «O revenido consiste no aquecimento de aço temperado ou normalizado até uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior.» O estado resultante depende da temperatura e do tempo de revenido, mas também do teor de carbono, dos elementos de liga, dos elementos residuais, da austenitização anterior e do percurso térmico utilizado para atingir a temperatura de manutenção.

Esta distinção é importante porque as peças industriais raramente aquecem à mesma velocidade em toda a sua extensão. Uma matriz, um inserto ou um veio de grandes dimensões pode ter a superfície quente enquanto o núcleo ainda se encontra abaixo do intervalo de revenido pretendido. Durante esse intervalo, diferentes regiões estão a sofrer reações diferentes.

Manutenção isotérmica versus aquecimento contínuo

Num ensaio de revenido isotérmico, um provete é aquecido até uma temperatura selecionada e mantido nessa temperatura. Este procedimento é útil para separar o efeito do tempo de manutenção, mas não reproduz o historial completo de um componente real. O aquecimento contínuo expõe o aço a uma sucessão de temperaturas, e cada temperatura permite uma combinação diferente de difusão do carbono, formação de carbonetos, decomposição da austenite e recuperação.

O U.S. Department of Energy descreve o revenido em termos da difusão do carbono e da consequente formação de carbonetos, da decomposição da austenite retida e da recuperação da estrutura martensítica. Estas reações não começam, não decorrem nem terminam todas à mesma velocidade. Um provete aquecido lentamente pode passar um tempo considerável em intervalos de temperatura mais baixos, nos quais o carbono se redistribui e se formam carbonetos de transição antes de ser atingida a temperatura nominal de revenido. Um provete aquecido rapidamente passa menos tempo nesses intervalos, pelo que a precipitação e a recuperação se iniciam sob uma sequência diferente de condições.

A diferença não consiste simplesmente em somar o tempo passado acima de uma determinada temperatura. A difusão é sensível à temperatura, enquanto a precipitação depende tanto da disponibilidade do soluto como do historial de nucleação e crescimento das partículas. Uma reação que se inicia durante um aquecimento lento pode alterar a matriz e, desse modo, modificar o que ocorre durante a manutenção final. Em contrapartida, um aquecimento rápido pode conduzir o aço para um regime de temperatura mais elevado antes de as mesmas reações intermédias terem avançado num grau comparável.

O método de Hollomon-Jaffe, formulado por J. H. Hollomon e L. D. Jaffe em 1945, exprime uma relação entre tempo, temperatura e composição para aço temperado. A forma habitualmente apresentada é:

$$P=T(\log t+c)$$

em que $T$ é a temperatura absoluta, $t$ é o tempo de revenido e $c$ é uma constante dependente da composição e da resposta. O U.S. Department of Energy descreve esta expressão como uma forma de quantificar o grau de revenido da martensite. É um parâmetro de comparação útil, não um apagador físico. Dois ciclos com o mesmo valor calculado podem diferir devido à velocidade de aquecimento, à microestrutura anterior, à austenitização, à dimensão da secção e às reações de precipitação específicas da liga.

O ASM Handbook Volume 4C (2024) apresenta um ponto prático semelhante para aços endurecidos por indução: as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman podem representar condições equivalentes de tempo e temperatura para avaliar a resposta ao revenido, mas a sua concordância aplica-se dentro do intervalo de materiais e processos testado. Uma correlação não constitui prova de que todos os percursos térmicos produzam a mesma microestrutura.

O aço ferramenta H13 como estudo de caso[3][3] Hardness of H13 Tool Steel After Non-Isothermal Tempering. University of Arizona publication record. Peer-reviewed publication record, 2013.

Um estudo com revisão por pares, registado na base de dados de publicações da University of Arizona, Hardness of H13 Tool Steel After Non-Isothermal Tempering (2013), é particularmente útil porque compara respostas previstas para o AISI H13 sob ciclos isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido. O estudo inclui o comportamento de endurecimento secundário, em vez de tratar a dureza como uma grandeza que tem necessariamente de diminuir de forma monotónica.

O AISI H13 é um aço ferramenta para trabalho a quente que contém crómio, molibdénio e vanádio. Nos aços ferramenta de alta liga, a ASM International identifica o endurecimento secundário como a precipitação de carbonetos finos de liga, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, ao vanádio e ao tungsténio. A precipitação pode compensar ou exceder o amaciamento provocado pela recuperação da martensite em parte do intervalo de revenido. A resposta exata depende da composição química e do estado inicial do aço; o estudo sobre o H13 não deve ser interpretado como atribuindo um único valor universal de dureza ou uma única temperatura fixa de endurecimento secundário a todos os produtos H13.

A comparação dos ciclos de aquecimento demonstra o ponto central: os tratamentos isotérmico, de aquecimento lento e de aquecimento rápido podem gerar evoluções previstas da dureza diferentes, incluindo manifestações diferentes do pico de endurecimento secundário. Durante um aquecimento lento, o material começa a sofrer o revenido antes de atingir a temperatura nominal pretendida. Durante um aquecimento rápido, o tempo disponível para a difusão a baixa temperatura e para a precipitação inicial é reduzido. A dureza final reflete, portanto, o percurso até à manutenção, e não apenas a própria manutenção.

O endurecimento secundário depende também fortemente da austenitização. Um estudo do National Institute of Standards and Technology (1930) referiu que «a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização». Uma austenitização mais intensa pode alterar a quantidade de elementos de liga dissolvidos na austenite e o estado da matriz temperada, modificando assim a resposta à precipitação durante o revenido. Esta conclusão constitui outra razão para evitar transferir um gráfico de revenido de um historial de tratamento térmico para outro sem verificação.

A consequência prática é direta: um ciclo de revenido nominalmente idêntico para H13 pode produzir resultados diferentes se forem alterados a rampa de aquecimento, o tratamento de austenitização anterior, a dimensão do provete ou da peça, ou o historial de arrefecimento. A previsão é valiosa, mas deve ser calibrada em função do grau e do processo.

Por que razão os gráficos do forno não descrevem completamente a peça

Um gráfico do forno indica normalmente a temperatura do ar ou a temperatura medida por um termopar num local selecionado. Esse valor não corresponde automaticamente à temperatura da superfície do aço e diz ainda menos sobre o centro de uma matriz espessa. O carregamento do forno, o contacto com os dispositivos de fixação, a radiação, a convecção e a geometria da peça influenciam todos o gradiente térmico.

Considere-se uma grande matriz de forjamento. Os seus cantos expostos podem atingir o intervalo de revenido enquanto uma zona reentrante permanece mais fria. A superfície acumula então mais tempo de reação a temperatura elevada, enquanto o interior pode ainda estar a atravessar a parte inferior do intervalo de revenido. Se a matriz for retirada quando o gráfico do forno atinge o tempo de manutenção programado, a superfície e o núcleo não terão sido sujeitos a uma exposição térmica equivalente.

A localização da medição também pode ocultar sobre-elevações e atrasos. Um termopar de controlo pode responder rapidamente ao ar do forno, enquanto um termopar inserido junto ao centro da peça regista uma subida mais lenta. Na qualificação do processo, ambos os locais podem ser importantes: a medição no forno estabelece o comportamento do equipamento, enquanto os termopares instalados na peça revelam a exposição efetiva que governa a transformação e a precipitação.

O estudo sobre aços para matrizes de forjamento a quente e a morno, publicado no Journal of Materials Processing Technology (2013), utiliza o parâmetro de revenido — também denominado parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com a alteração da dureza. Esse parâmetro ajuda a organizar dados provenientes de vários ciclos, mas continua a ser uma relação ajustada. Para o validar, são necessários provetes específicos do grau, dimensões de secção representativas, temperaturas medidas na peça e verificações da dureza ou da microestrutura. Um gráfico do forno é um registo do ambiente de aquecimento. Por si só, não constitui uma descrição completa do historial de revenido do aço.

Revenido de Aços Endurecidos por Indução

Uma camada endurecida e um núcleo com menor teor de carbono

A ASM International define o revenido como “o aquecimento de aço endurecido ou normalizado a uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior” (ASM Handbook Volume 4A, 2024). A definição é simples; uma secção endurecida por indução não o é. O aquecimento por indução produz austenite principalmente junto à superfície, seguido de uma têmpera rápida. O resultado é normalmente uma camada martensítica com elevado teor de carbono sobre um núcleo mais macio, com menor teor de carbono, que pode permanecer ferrítico-perlítico, bainítico, revenido ou parcialmente transformado, dependendo da condição inicial e da profundidade atingida pelo ciclo térmico.

Assim, a camada e o núcleo não iniciam o revenido a partir da mesma microestrutura. Junto à superfície, o teor de carbono pode refletir a composição do aço de base, a cementação ou carbonitretação, a descarburação, a segregação ou a dissolução incompleta de carbonetos durante a austenitização. O material mais profundo pode conter menos carbono dissolvido e pode nunca ter ultrapassado o intervalo de austenitização. Mesmo dentro da camada endurecida, o tamanho de grão da austenite anterior, o teor de carbono da martensite, a austenite retida, a dissolução de carbonetos de liga e a velocidade de têmpera podem variar com a profundidade.

O revenido desencadeia, portanto, várias reações sobrepostas. O U.S. Department of Energy descreve a difusão do carbono, a formação de carbonetos, a decomposição da austenite retida e a recuperação como partes importantes do processo. As respetivas velocidades dependem da temperatura e do tempo, mas também da estrutura local disponível para reagir. Uma zona superficial aquecida rapidamente até uma temperatura de revenido não passa pela mesma sequência de reações que um núcleo que aquece lentamente por condução. Durante o revenido por indução, a superfície pode atingir a temperatura pretendida enquanto a subsuperfície ainda está a aquecer; durante um revenido separado em forno, todo o componente pode aproximar-se de uma temperatura mais uniforme, embora a dimensão da secção continue a controlar o tempo necessário.

O revenido convencional reduz frequentemente a dureza da martensite no estado temperado, à medida que o carbono abandona a martensite sobressaturada e forma carbonetos de transição ou cementite. Essa tendência não é universal. A ASM International afirma que o endurecimento secundário nos aços-ferramenta de alta liga é produzido pela precipitação de carbonetos finos de liga, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, vanádio e tungsténio. Uma precipitação mais intensa aumenta a resistência ao amolecimento por revenido e pode elevar a dureza após uma diminuição inicial. O National Institute of Standards and Technology publicou, em 1930, que “a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização”. Uma austenitização mais intensa pode dissolver uma maior quantidade de elementos de liga, mas também pode aumentar a austenite retida e alterar o tamanho de grão; por isso, não é possível atribuir ao pico uma temperatura fixa para todas as qualidades ou tratamentos.

Aplicação das correlações de Hollomon-Jaffe e Grange-Baughman

J. H. Hollomon e L. D. Jaffe desenvolveram o seu método, em 1945, como uma relação tempo-temperatura-composição para aço temperado. A sua forma familiar é o parâmetro de revenido

$$P=T({\log }_{10}t+c),$$

em que $T$ é a temperatura absoluta, $t$ é o tempo e $c$ é uma constante dependente da composição e da reação. A expressão $T(\log t+c)$ representa o grau de revenido da martensite, colocando diferentes exposições tempo-temperatura numa escala equivalente. Uma exposição prolongada a uma temperatura mais baixa pode, assim, ser comparada com uma exposição mais curta a uma temperatura mais elevada, desde que a correlação seja adequada ao material e ao intervalo de reação.

O ASM Handbook Volume 4C aplica este tipo de análise a aços endurecidos por indução e compara Hollomon-Jaffe com a correlação de Grange-Baughman para representar condições equivalentes de tempo e temperatura. Estas relações são úteis para converter um ciclo térmico medido ou calculado num parâmetro que possa ser relacionado com a alteração da dureza. Não substituem a análise metalográfica nem as medições de dureza em secções transversais. Um parâmetro equivalente não elimina as diferenças na velocidade de aquecimento, na austenitização, na microestrutura anterior, na dimensão da secção, na austenite retida ou na resposta da liga.

Esta limitação é especialmente importante quando ocorre endurecimento secundário. Uma correlação ajustada ao amolecimento monótono por revenido pode representar incorretamente um aumento de dureza causado pela precipitação de carbonetos de liga. Um estudo revisto por pares, publicado em 2013, sobre aço-ferramenta H13 apresentou previsões para ciclos de revenido isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, incluindo o comportamento de endurecimento secundário. Os ciclos podiam produzir respostas de dureza previstas diferentes, mesmo quando as suas exposições térmicas nominais pareciam comparáveis. O H13, com teores significativos de crómio, molibdénio e vanádio, não constitui um modelo para todas as qualidades de aço endurecido por indução.

Resposta dependente da profundidade e interpretação do processo

Uma interpretação útil começa pelo histórico de temperatura-tempo a cada profundidade, e não por uma única temperatura definida no forno. A superfície pode ser submetida a um ciclo rápido de austenitização, temperada até formar martensite e, em seguida, receber um revenido curto. A uma profundidade próxima do limite de endurecimento, a temperatura máxima pode ser inferior à necessária para uma austenitização completa, mas suficientemente elevada para revenir a estrutura existente. O núcleo pode experimentar apenas aquecimento por condução e manter propriedades determinadas, em grande medida, pela normalização, recozimento ou revenido anterior.

Consequentemente, os perfis de dureza devem ser obtidos numa secção transversal devidamente preparada, registando a origem da medição, o espaçamento, a carga e o estado da superfície. A dureza da camada, a profundidade efetiva da camada endurecida, o comportamento da zona de transição e a dureza do núcleo devem ser apresentados separadamente. A análise metalográfica, a medição da austenite retida e, quando necessário, a análise dos carbonetos ou da composição ajudam a explicar os desvios relativamente a um perfil calculado.

O estudo de 2013 sobre aços para matrizes de forjamento a quente e a morno demonstra o mesmo ponto noutro contexto: um parâmetro de revenido, também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller, pode correlacionar a exposição tempo-temperatura com a alteração da dureza, mas a correlação continua associada ao aço testado e ao intervalo de tratamento. Para peças endurecidas por indução, os valores de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman são mais bem utilizados como ferramentas de comparação de processos. A validação continua a exigir registos térmicos resolvidos em profundidade e medições em secções transversais, tanto da camada endurecida como do núcleo com menor teor de carbono.

Utilização dos Parâmetros de Revenido para Aços de Matrizes e Controlo do Processo

Aços para matrizes de forjamento a quente e morno

O revenido não consiste simplesmente numa redução programada da dureza. A ASM International define-o como «o aquecimento de aço endurecido ou normalizado até uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior» (ASM Handbook Volume 4A, 2024). Durante esse tratamento, o carbono difunde-se a partir da martensite sobressaturada, formam-se carbonetos ou ocorre o seu engrossamento, a austenite retida pode decompor-se e a matriz sofre recuperação. O U.S. Department of Energy descreve estes processos como alterações acopladas, e não como uma única reação de amaciamento.

Esta distinção é importante para os aços de matrizes de forjamento a quente e morno. Aços como o ASTM A681 H13 são habitualmente temperados a partir de um tratamento de austenitização e revenidos para estabelecer um equilíbrio controlado entre dureza, tenacidade e resistência à ciclagem térmica. Outros aços para trabalho a quente, incluindo o H11 e o H10, respondem de acordo com os seus próprios teores de carbono, crómio, molibdénio e vanádio, com a condição inicial dos grãos e com o historial de têmpera. Um ciclo de revenido que produz uma determinada dureza no H13 não pode ser transferido diretamente para outro aço apenas porque as temperaturas nominais de revenido são semelhantes.

Os aços-ferramenta de alta liga podem endurecer durante o revenido. A ASM International atribui o endurecimento secundário à precipitação de carbonetos finos de liga, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, vanádio e tungsténio. Quanto mais intensa for a reação de precipitação, maior poderá ser a resistência ao amaciamento durante o revenido. O National Institute of Standards and Technology comunicou, em 1930, que «a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização». Uma temperatura de austenitização mais elevada pode dissolver uma maior quantidade de carbonetos de liga e aumentar o teor de elementos de liga na austenite, mas também pode aumentar o tamanho dos grãos de austenite prévia e alterar o teor de austenite retida. O pico de dureza resultante é, portanto, produto do historial completo do tratamento, e não apenas da temperatura de revenido.

No caso das matrizes de forjamento, o controlo do processo deve registar a designação do aço, a corrida ou o lote, a dureza inicial, a temperatura de austenitização e o tempo de permanência, o tempo de transferência, o meio de têmpera, a velocidade de arrefecimento, a temperatura de revenido, a velocidade de aquecimento, o tempo de permanência e o método de arrefecimento. A uniformidade do forno também é importante. A superfície de uma matriz e o seu núcleo podem ser sujeitos a ciclos térmicos diferentes, especialmente numa secção de grandes dimensões.

Correlação da dureza através dos parâmetros de revenido

J. H. Hollomon e L. D. Jaffe propuseram, em 1945, uma relação entre tempo, temperatura e composição para aço temperado. O seu método exprime o grau de revenido da martensite através de:

$$P=T(\log t+c)$$

em que $T$ é a temperatura absoluta, $t$ é o tempo e $c$ é uma constante relacionada com o material. Dependendo da fonte e da aplicação, esta grandeza é designada por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou parâmetro de Larson-Miller. O tempo deve ser indicado nas unidades utilizadas para estabelecer a correlação, e a temperatura deve ser absoluta, e não expressa em graus Celsius.

O parâmetro é útil porque combina o tempo de exposição e a temperatura num único valor de comparação. Um engenheiro de processo pode representar graficamente a dureza medida em função de $P$ e, em seguida, determinar se um ciclo de produção se encontra dentro do intervalo testado. O estudo de 2013 sobre aços para matrizes de forjamento, publicado no Journal of Materials Processing Technology, utilizou este parâmetro de revenido — também designado por parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para correlacionar a exposição tempo-temperatura com a alteração da dureza em aços para matrizes de forjamento a quente e morno.

Correlação não significa causalidade. Dois ciclos com o mesmo valor de $P$ não têm necessariamente de produzir microestruturas idênticas se um utilizar aquecimento rápido e o outro uma subida prolongada da temperatura no forno. A morfologia da martensite inicial, a austenite retida, a dimensão da secção, o tratamento de austenitização, a severidade da têmpera e a população de carbonetos de liga podem todos alterar a resposta. O parâmetro também não fornece uma previsão direta da dureza entre aços não relacionados. A sua constante $c$, a curva ajustada e o intervalo de aplicação requerem evidência relativa ao aço e à condição que estão a ser avaliados.

Um estudo revisto por pares sobre o H13 registou diferentes respostas de dureza previstas para ciclos de revenido isotérmico, com aquecimento lento e com aquecimento rápido, incluindo o comportamento de endurecimento secundário (registo de publicação da University of Arizona, 2013). Este resultado limita diretamente a utilização de um único parâmetro equivalente para ciclos de produção não isotérmicos. O ASM Handbook Volume 4C compara igualmente as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman para aços endurecidos por indução, descrevendo-as como condições equivalentes de tempo-temperatura para avaliar a resposta ao revenido, e não como equações universais de propriedades.

Verificação através da dureza e da microestrutura

A verificação começa pela identificação precisa do material: designação do aço, especificação aplicável, número da corrida, condição de fornecimento, tratamento de austenitização e condição de têmpera. O inspetor deve então preservar o registo térmico completo, incluindo a calibração do forno, a temperatura da carga, se disponível, a velocidade de subida da temperatura, o tempo de permanência, os atrasos de transferência e o arrefecimento entre vários revenidos. «Dois revenidos a 550 °C» é uma indicação incompleta, salvo se a duração e o historial de aquecimento também forem conhecidos.

O ensaio de dureza deve especificar o método. Para uma secção de matriz suficientemente espessa, o ensaio Rockwell C segundo a ASTM E18 pode ser adequado; o relatório deve incluir a preparação da superfície, os locais de ensaio, o número de impressões e a verificação do instrumento. O ensaio Vickers segundo a ASTM E384 é mais adequado para secções finas, gradientes, camadas descarbonetadas ou análises locais. Sempre que a dimensão da secção o permita, as medições devem abranger a superfície de trabalho, a região subsuperficial e o núcleo. Um valor de dureza sem indicação do local e do método constitui evidência insuficiente do processo.

Um amaciamento inesperado, uma dureza invulgarmente elevada ou um aumento da dureza no intervalo em que se esperaria amaciamento durante o revenido requerem um exame metalográfico. Uma secção polida e adequadamente atacada pode revelar martensite revenida, distribuição de carbonetos, produtos da austenite retida, crescimento dos grãos e descarbonetação. A microscopia ótica pode estabelecer a condição geral; a microscopia eletrónica de varrimento pode resolver carbonetos secundários finos, enquanto os perfis de dureza podem revelar gradientes térmicos. Pode ser necessária difração de raios X ou outra medição da austenite retida quando houver suspeita de alteração dimensional ou transformação retardada.

A decisão de aceitação deve comparar tanto a dureza como a estrutura com uma condição de referência qualificada. Um valor de Hollomon-Jaffe coincidente constitui evidência útil, mas não prova que a matriz tenha recebido o mesmo tratamento metalúrgico. No caso do endurecimento secundário, o pico de dureza medido e o estado dos carbonetos devem estar de acordo com a janela de processo validada e específica para o aço.

Como Ler uma Curva de Revenimento sem a Interpretar Incorretamente

Uma curva de revenimento representa normalmente a dureza em função da temperatura de revenimento, do tempo de revenimento ou de um parâmetro combinado tempo–temperatura. Não é um mapa universal da “dureza perdida com o calor”. O ASM Handbook, Volume 4A, define o revenimento como “o aquecimento de aço temperado ou normalizado a uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior”. A estrutura resultante depende da temperatura e do tempo, mas também do teor de carbono, do teor de elementos de liga, dos elementos residuais, do tratamento de austenitização, da têmpera e do estado do aço antes do revenimento.

Leia a curva como o registo de reações concorrentes. O carbono difunde-se a partir da martensite sobressaturada; podem formar-se carbonetos de transição ou cementite; a austenite retida pode decompor-se; podem precipitar carbonetos de liga; e a matriz pode sofrer recuperação. O U.S. Department of Energy identifica a difusão do carbono, a formação de carbonetos, a decomposição da austenite e a recuperação como processos centrais do revenimento. A sua sequência e velocidade diferem consoante os tipos de aço e os ciclos de aquecimento.

Regiões de amolecimento e picos de endurecimento secundário

A primeira porção descendente de uma curva reflete normalmente o amolecimento comum provocado pelo revenimento. À medida que a martensite temperada perde carbono sobressaturado e tensão interna, a sua dureza geralmente diminui. Uma depressão pode, por isso, indicar formação de carbonetos e recuperação da matriz, mas também pode incluir a transformação da austenite retida ou uma alteração da fração volúmica das fases duras. Uma região quase plana não prova que “nada acontece”. Podem estar a ocorrer várias reações enquanto os seus efeitos na dureza medida se compensam parcialmente.

Uma subida posterior é o aviso característico contra a ideia de que o revenimento provoca um amolecimento contínuo. Nos aços para ferramentas de elevada liga, a ASM International afirma que o endurecimento secundário é produzido pela precipitação de carbonetos finos de liga, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, vanádio e tungsténio. Estas partículas reforçam a matriz revenida, enquanto uma precipitação mais intensa geralmente aumenta a resistência a um revenimento adicional. A subida pode ser particularmente importante nos aços rápidos e nos aços para matrizes de trabalho a quente, embora o seu intervalo de temperatura e a sua magnitude sejam específicos de cada tipo de aço, e não propriedades fixas da categoria de aço.

Um estudo de 1930 do National Institute of Standards and Technology sobre aço rápido relatou que “a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização”. Este resultado tem uma consequência interpretativa direta: duas curvas relativas a um aço nominalmente idêntico podem apresentar picos diferentes se um dos provetes tiver sido austenitizado de forma mais severa, tiver dissolvido uma quantidade maior de carbonetos de liga ou tiver retido uma quantidade diferente de austenite. Não transfira um pico do aço rápido AISI M2 para outro aço rápido, nem do AISI H13 para outro tipo de aço para trabalho a quente, sem comparar o historial de tratamento.

O tempo é tão importante como a temperatura. O método de J. H. Hollomon e L. D. Jaffe, de 1945, relaciona o tempo de revenimento, a temperatura e a composição com a estrutura e as propriedades desenvolvidas no aço temperado. O seu parâmetro, habitualmente escrito como T(log t + c), quantifica o grau de revenimento da martensite; a temperatura é normalmente a temperatura absoluta, o tempo é o período de exposição e c representa uma constante dependente da composição e da resposta. Este parâmetro pode colocar diferentes ciclos numa condição nominal de revenimento equivalente, mas não elimina as diferenças na velocidade de aquecimento, na microestrutura prévia, na austenitização, no tamanho da secção ou na resposta da liga.

Um estudo revisto por pares, publicado em 2013, sobre aço para ferramentas H13 reforça esta limitação. O seu método previu respostas de dureza diferentes para ciclos isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, incluindo o comportamento de endurecimento secundário. Um ciclo de forno que demora minutos a atravessar um intervalo de precipitação não é necessariamente equivalente a um salto instantâneo para a temperatura final.

Dureza máxima versus propriedades úteis em serviço

O ponto mais elevado do gráfico é apenas a dureza máxima medida segundo esse procedimento de ensaio. Não corresponde automaticamente à melhor condição de revenimento. A dureza secundária máxima pode estar associada a uma tenacidade reduzida, maior sensibilidade à fissuração, tensão residual ou alterações dimensionais resultantes da transformação da austenite retida. A resistência ao desgaste pode melhorar numa determinada condição de contacto, enquanto a resistência à fadiga térmica ou o desempenho ao impacto diminuem.

Um aço para matrizes pode exigir uma dureza inferior ao seu máximo de endurecimento secundário para obter uma tenacidade e uma estabilidade dimensional aceitáveis. Em contrapartida, uma ferramenta que funcione a quente pode beneficiar de uma maior resistência ao amolecimento, mesmo quando a sua dureza à temperatura ambiente não é a máxima disponível. A dureza, por si só, também diz pouco sobre a tenacidade à fratura, a ductilidade à tração, a fadiga térmica, a distorção ou o amolecimento induzido pelo serviço. Por conseguinte, a curva deve ser analisada em conjunto com dados de impacto, tração, tenacidade, dimensão e aplicação específica.

Para aços endurecidos por indução, o ASM Handbook, Volume 4C, compara as correlações de Hollomon–Jaffe e de Grange–Baughman como representações de condições equivalentes de tempo–temperatura. “Equivalente” significa equivalente dentro do material ensaiado e do intervalo do modelo, e não permutável para qualquer aço ou percurso de aquecimento. Do mesmo modo, um estudo de 2013 publicado no Journal of Materials Processing Technology utilizou o parâmetro de revenimento — também designado por parâmetro de Hollomon–Jaffe ou de Larson–Miller — para correlacionar a exposição com a alteração da dureza em aços para matrizes de forjamento a quente e a morno. Estas correlações organizam os dados; não fornecem valores de dureza garantidos nem temperaturas máximas fixas.

Comunicação do tipo de aço, do estado e do método de ensaio

Uma curva útil deve indicar a designação exata do aço e a norma aplicável, como AISI H13 ou AISI M2, juntamente com a especificação relevante, como ASTM A681, quando aplicável. Indique a composição química quando conhecida, incluindo o carbono e os principais elementos formadores de carbonetos. Especifique se o material se encontrava recozido, normalizado, temperado e revenido, ou se tinha sido submetido a qualquer outro processamento antes da experiência.

O registo do tratamento térmico deve indicar a temperatura de austenitização, o tempo de manutenção, a atmosfera, o tamanho do provete, a velocidade de aquecimento, o meio de têmpera e o atraso antes da têmpera. Indique a temperatura de revenimento, o tempo à temperatura, a velocidade de aquecimento, o método de arrefecimento e o número de ciclos de revenimento. Indique a localização do provete — superfície, centro, secção transversal, secção longitudinal ou outra posição definida — porque o tamanho da secção e os gradientes térmicos podem alterar o resultado.

Por fim, identifique o método e a escala de dureza: por exemplo, HRC, HV ou HBW; o penetrador e a carga, quando aplicável; a preparação da superfície; a temperatura do ensaio; e o número e a dispersão das leituras. Sem estes pormenores, uma curva pode descrever uma experiência real e, ainda assim, não ser segura para comparação. Um pico de dureza é uma evidência relativa a um aço, uma condição e um método de medição específicos — não uma regra geral para todos os tratamentos de revenimento.

Quadro de referência: uma especificação de revenido defensável

Definir o material e a condição inicial

Uma especificação de revenido não é defensável a menos que identifique rigorosamente o aço. Indique o grau, a norma do produto, a norma de tratamento térmico e a designação exatamente conforme aplicável: por exemplo, ASTM A681 H13, UNS T20813 ou outra designação exigida pela especificação aplicável. Não escreva apenas «aço-ferramenta» ou «aço temperado». A composição química controla o carbono disponível, os elementos de liga formadores de carbonetos e os elementos residuais, enquanto a dimensão da secção e o processamento anterior influenciam a estrutura que responderá ao revenido.

A condição metalúrgica inicial também deve ser registada. Indique se o material está recozido, normalizado, temperado e não revenido, ou já revenido, e inclua a dureza anterior, quando conhecida. No caso de uma condição temperada, documente a temperatura de austenitização, o tempo de manutenção, a atmosfera do forno, o tempo de transferência e o meio de têmpera. A agitação durante a têmpera, a sua interrupção e a severidade do arrefecimento podem alterar a austenite retida, a morfologia da martensite, as tensões residuais e o potencial de precipitação. Um segundo revenido aplicado a aço previamente revenido não é equivalente ao primeiro, mesmo quando a temperatura do forno e o tempo de manutenção coincidem.

O ASM Handbook Volume 4A define o revenido como «o aquecimento de aço temperado ou normalizado até uma temperatura inferior à temperatura crítica inferior». Essa definição estabelece os limites do processo, não uma receita universal. A mesma referência identifica a temperatura de revenido, o tempo, o teor de carbono, o teor de elementos de liga e os elementos residuais como factores que controlam a microestrutura e as propriedades resultantes.

Especificar o ciclo térmico

Descreva o ciclo como uma sequência, não como uma única temperatura nominal. A especificação deve indicar a temperatura pretendida e o intervalo admissível, a velocidade de aquecimento ou a rampa do forno, o método utilizado para medir a temperatura da carga, o tempo à temperatura, o número de ciclos de revenido e o método de arrefecimento. «Revenir a 550 °C durante duas horas» deixa questões importantes sem resposta se a peça atingir lentamente os 550 °C, se o termopar medir o ar do forno em vez da carga, ou se o arrefecimento ocorrer ao ar parado, com ar forçado ou noutro meio controlado.

O revenido é um processo acoplado. O U.S. Department of Energy descreve a difusão do carbono, a formação de carbonetos, a decomposição da austenite e a recuperação como partes concorrentes ou sequenciais da resposta. O revenido de aços-carbono comuns produz frequentemente uma redução da dureza à medida que a martensite sobressaturada se decompõe e a recuperação progride. Os aços-ferramenta de alta liga podem comportar-se de forma diferente: a ASM International afirma que o endurecimento secundário é produzido pela precipitação de carbonetos de liga finos, incluindo carbonetos associados ao molibdénio, vanádio e tungsténio. Uma precipitação mais intensa pode aumentar a resistência ao amolecimento por revenido e produzir um pico de dureza.

Esse pico deve ser tratado como uma resposta metalúrgica normal, não como um resultado anómalo de ensaio. Um estudo do National Institute of Standards and Technology publicado em 1930 indicou que «a intensidade do pico de endurecimento secundário aumenta com o grau de austenitização». O resultado não estabelece uma temperatura de pico única para todos os graus. Uma austenitização mais extensa pode alterar a dissolução dos elementos de liga, a austenite retida e a quantidade de soluto disponível para precipitação posterior.

Os parâmetros tempo-temperatura ajudam a comparar ciclos, mas não substituem um ciclo especificado. O método de J. H. Hollomon e L. D. Jaffe, de 1945, relaciona o tempo de revenido, a temperatura e a composição com a estrutura e as propriedades desenvolvidas no aço temperado. Na forma habitualmente utilizada, o parâmetro é expresso como T(log t + c), em que a temperatura absoluta, o tempo e uma constante relacionada com a composição são utilizados para quantificar o grau de revenido da martensite. Um parâmetro equivalente não elimina as diferenças na velocidade de aquecimento, na microestrutura inicial, na prática de austenitização, na dimensão da secção ou na resposta da liga.

Esta limitação é especialmente importante no aquecimento não isotérmico. Um estudo sujeito a revisão por pares, publicado em 2013, sobre aço-ferramenta H13 comparou ciclos isotérmicos, de aquecimento lento e de aquecimento rápido, e previu respostas de dureza diferentes, incluindo o comportamento de endurecimento secundário. O ASM Handbook Volume 4C compara igualmente as correlações de Hollomon-Jaffe e de Grange-Baughman para aços endurecidos por indução; ambas podem representar condições tempo-temperatura equivalentes, mas a correlação não prova que dois ciclos físicos produzam microestruturas idênticas. Um estudo de 2013 sobre aços para matrizes de forjamento a quente e a morno utilizou o parâmetro de revenido — também designado parâmetro de Hollomon-Jaffe ou de Larson-Miller — para relacionar o tempo de exposição e a temperatura com a variação da dureza. Esse parâmetro é uma ferramenta de comparação, não uma autorização para omitir o historial de aquecimento.

Validar o resultado em função do conjunto de propriedades pretendido

A especificação deve definir o significado de aceitação. Indique a escala de dureza exigida, o método de ensaio, a carga, os locais de medição e o intervalo admissível. Para um componente de grandes dimensões ou endurecido com gradiente, especifique locais à superfície, no núcleo e em posições intermédias, em vez de comunicar uma única leitura conveniente. Registe o gráfico real do revenido e a temperatura da carga, uma vez que o valor de referência definido no forno, por si só, não demonstra a conformidade.

A verificação da dureza deve ser acompanhada por um exame microestrutural quando o grau do aço, o risco em serviço ou a resposta de endurecimento secundário o justificarem. O exame pode avaliar martensite revenida, precipitação de carbonetos de liga, austenite retida, bainite, descarbonização e fissuração de têmpera. A evidência metalográfica não consegue identificar a composição de todos os carbonetos por microscopia óptica; por isso, a composição ou distribuição dos carbonetos pode exigir métodos de maior resolução quando estas características controlam o desempenho. A variação dimensional, a tenacidade ou o ensaio de tensões residuais também podem fazer parte do conjunto de propriedades; a dureza, por si só, não permite estabelecer que um revenido é adequado.

Assim, um quadro de revisão conciso consiste em: identificar o grau exacto e a designação aplicável; indicar a condição metalúrgica inicial; documentar a austenitização e a têmpera; definir a temperatura de revenido, o tempo, a velocidade de aquecimento, o número de ciclos e o método de arrefecimento; e, em seguida, verificar a dureza e, quando necessário, a microestrutura face aos critérios de aceitação estabelecidos. A especificação deve reconhecer que a difusão, a precipitação, a decomposição e a recuperação interagem. O amolecimento contínuo é um resultado possível — não a regra aplicável a todos os aços.

Referências

1. [1]ASM International. Tempering of Induction-Hardened Steels. ASM Handbook Volume 4C, 2024. https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/11/chapter-abstract/127400/Tempering-of-Induction-Hardened-Steels
2. [2]J. H. Hollomon, L. D. Jaffe. Transformation of Austenite: Time-Temperature Relations in Tempering Steel. Metals Technology, 1945. https://onetunnel.org/documents/transformation-of-austenite-time-temperature-relations-in-tempering-steel-metals-technology-september-1945-with-discussion-
3. [3]University of Arizona publication record. Hardness of H13 Tool Steel After Non-Isothermal Tempering. Peer-reviewed publication record, 2013. https://experts.arizona.edu/en/publications/hardness-of-h13-tool-steel-after-non-isothermal-tempering/