Temperabilidade do aço e ensaio Jominy de têmpera na extremidade

A temperabilidade não é a dureza

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

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

Definições utilizadas pela ASTM A255 e pela ASM International

A ASTM A255-20 define a temperabilidade como “a profundidade até à qual o aço endurece quando é temperado”. A definição é breve, mas a sua palavra fundamental é profundidade. A temperabilidade não é um segundo nome para o valor de dureza constante num certificado de ensaio. Diz respeito à penetração do endurecimento desde a superfície em direcção ao interior durante a têmpera.

Curva de temperabilidade JominyCurva de temperabilidade Jominy Gráfico que apresenta a dureza medida em função da distância à extremidade temperada em água de um provete normalizado.

A mesma norma especifica o ensaio quantitativo de têmpera por extremidade, ou ensaio Jominy. O provete de ensaio é uma barra cilíndrica com 1 polegada de diâmetro. Depois de aquecido até à condição de austenitização prescrita, uma das extremidades é temperada por um jacto de água controlado. Em seguida, são realizadas medições de dureza a distâncias crescentes dessa extremidade temperada. O gráfico resultante da dureza em função da distância é a curva de temperabilidade Jominy.

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

A ASM International apresenta o significado metalúrgico mais abrangente. O seu capítulo de 1990 sobre aços ao carbono e de baixa liga descreve a temperabilidade como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. A ASM identifica também a composição do aço e o tamanho de grão da austenite como factores primários que afectam a temperabilidade. O teor de carbono influencia a dureza disponível a partir da martensite, enquanto os elementos de liga podem atrasar as transformações que competem com a formação de martensite durante o arrefecimento. O tamanho de grão da austenite também altera o comportamento da transformação. Estes factores actuam através do historial térmico; não transformam a temperabilidade num valor fixo de dureza.

Por que razão um aço duro pode ter uma temperabilidade limitada

Considere-se dois provetes cujas superfícies temperadas apresentam a mesma dureza elevada. Essa observação apenas estabelece que as regiões superficiais atingiram uma microestrutura e uma condição capazes de produzir essas leituras. Não estabelece que ambos os provetes tenham endurecido até à mesma profundidade.

A superfície arrefece mais rapidamente durante uma têmpera convencional. Se o aço tiver uma temperabilidade limitada, a superfície pode transformar-se maioritariamente em martensite, enquanto as regiões mais interiores arrefecem mais lentamente e formam misturas como bainite, perlite ou outros produtos de transformação. Essas regiões podem apresentar uma dureza muito inferior à da superfície. Assim, um pequeno provete de laboratório pode parecer completamente duro, enquanto um componente de maiores dimensões fabricado a partir da mesma corrida desenvolve um núcleo mais macio, porque o calor se dissipa menos rapidamente a partir do seu interior.

É por isso que a dureza e a temperabilidade respondem a questões de engenharia diferentes. Um ensaio de dureza pergunta: “Qual é a resistência deste local ao indentador especificado?” Um ensaio de temperabilidade pergunta: “Como varia a dureza com a distância em relação a uma superfície temperada, sob esta configuração de arrefecimento definida?” A primeira condição pode ser satisfeita num ponto, enquanto a segunda continua a ser fraca.

A composição química do aço ilustra a diferença. O carbono influencia fortemente a dureza máxima da martensite, mas uma elevada dureza superficial potencial não garante um endurecimento profundo. Inversamente, os elementos de liga que atrasam as transformações por difusão podem permitir que um aço forme martensite a uma distância maior da superfície temperada, mesmo quando a dureza em qualquer local específico depende do teor de carbono e da microestrutura local. O tamanho de grão, o tratamento térmico prévio, as dimensões do provete e a severidade da têmpera também afectam o resultado observado. A temperabilidade é, portanto, uma resposta do aço em determinadas condições, e não uma característica isolada associada a um determinado grau.

Uma leitura da dureza superficial pode também ocultar uma não uniformidade causada por descarbonização, carepa, danos de rectificação, austenite retida ou um local de medição inadequado. Essa leitura pode ser válida para a superfície em questão e, ainda assim, ser inútil como prova da distribuição da dureza ao longo da secção.

Profundidade e distribuição da dureza após a têmpera

O ensaio Jominy cria num único provete uma gama controlada de velocidades de arrefecimento. O procedimento da University of Illinois aquece um provete cilíndrico até à sua temperatura de austenitização, tempera uma das extremidades com um jacto de água e mede a dureza a distâncias crescentes dessa extremidade. A University of Cambridge explica a base física do ensaio: a extremidade temperada arrefece directamente em água, enquanto o restante provete arrefece ao ar, produzindo uma gama contínua de velocidades de arrefecimento ao longo da barra.

Uma diminuição gradual e uma diminuição acentuada representam respostas de temperabilidade diferentes, mesmo quando os provetes têm durezas semelhantes junto à extremidade. Strong evidence

A distância em relação à extremidade temperada constitui, portanto, uma forma prática de amostrar diferentes históricos de arrefecimento. Próximo da extremidade, a velocidade de arrefecimento é elevada e a dureza pode ser alta. Mais afastado, o arrefecimento é mais lento e a curva pode descer à medida que os produtos de transformação diferentes da martensite se tornam mais predominantes. A forma e a posição da curva descrevem a distribuição da dureza nas condições do ensaio. Um declínio gradual indica uma resposta diferente da de um declínio acentuado, mesmo que ambos os provetes tenham durezas semelhantes no primeiro ponto de medição.

Uma curva Jominy não reproduz directamente o perfil de dureza de todos os componentes reais. O componente pode ter um diâmetro, uma geometria, uma condição superficial, um ciclo de austenitização, um nível de agitação ou um meio de têmpera diferentes. A extracção de calor de um cilindro num dispositivo de têmpera de extremidade não é idêntica à extracção de calor de um dente de engrenagem, de um veio, de uma chapa ou de um canto. A curva constitui uma comparação normalizada e um elemento de entrada para a concepção do processo, não uma garantia universal para todas as dimensões de secção.

A curva também não mede a dureza a todas as velocidades de arrefecimento possíveis com precisão ilimitada. O seu significado depende do procedimento de ensaio e de medições de dureza exactas realizadas a distâncias especificadas. Por conseguinte, a Materials Education Foundation descreve o ensaio Jominy como a medição da dureza a distâncias crescentes de uma extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço.

A dureza e a temperabilidade são propriedades diferentes, e a dureza superficial, por si só, não pode substituir uma curva de temperabilidade. Strong evidence

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

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

O que mede o ensaio de têmpera de extremidade Jominy

Um ensaio Jominy não atribui um único valor de dureza a um aço e chama a esse valor a sua temperabilidade. Mede a forma como a dureza varia ao longo de um provete que foi sujeito a um intervalo controlado de condições de arrefecimento. O resultado é uma curva de temperabilidade: a dureza representada em função da distância à extremidade temperada.

Esta distinção é importante. A dureza é a resistência de uma determinada zona à indentação ou à deformação. A temperabilidade é a capacidade do aço para desenvolver dureza até uma determinada profundidade durante a têmpera. A ASTM A255-20 define temperabilidade como «a profundidade até à qual o aço endurece quando temperado» e especifica o ensaio quantitativo de têmpera de extremidade, ou ensaio Jominy, utilizando um provete cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um provete de ensaio de têmpera de extremidade com 25 mm de diâmetro e, pelo menos, 100 mm de comprimento. A pequena diferença dimensional reflecte os requisitos indicados em duas normas, e não dois significados diferentes de temperabilidade.

O ensaio cria diferentes históricos de arrefecimento numa única peça de aço. A extremidade temperada arrefece de forma mais severa, enquanto as zonas mais afastadas arrefecem a velocidades progressivamente menores. Se o aço formar martensite facilmente nessas condições, a elevada dureza prolonga-se mais ao longo da barra. Se a transformação começar antes de as regiões mais afastadas poderem formar uma quantidade significativa de martensite, a dureza diminui mais rapidamente com a distância. A curva mostra, portanto, tanto a dureza desenvolvida sob uma têmpera severa como a distância ao longo da qual o aço consegue manter essa resposta.

Austenitização do provete cilíndrico

AustenitizaçãoAustenitização Aquecimento do aço até a um intervalo de temperaturas prescrito, de modo que a estrutura inicial se transforme em austenite antes da têmpera.

O procedimento começa com um provete cilíndrico maquinado. O Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois descreve a sequência como o aquecimento do provete até à sua temperatura de austenitização, a aplicação de um jato de água numa extremidade, a medição da dureza a distâncias crescentes dessa extremidade e a representação gráfica da dureza em função da distância. A austenitização transforma a estrutura inicial em austenite, a fase a alta temperatura a partir da qual se formam os produtos da têmpera. A temperatura de aquecimento e o tempo de manutenção são seleccionados em função do aço e do procedimento; não são pormenores permutáveis.

Esta fase de preparação estabelece a condição a partir da qual será medida a resposta ao arrefecimento. O teor de carbono, os elementos de liga adicionados, a microestrutura inicial e o tamanho de grão da austenite podem todos afectar o que acontece depois de o provete sair do forno. A ASM International identificou a composição do aço e o tamanho de grão da austenite como influências primárias na temperabilidade, no seu estudo de 1990 sobre a dureza e a temperabilidade dos aços. Um ensaio realizado após um tratamento de austenitização inadequado pode produzir uma leitura de dureza válida para esse provete, mas não representa necessariamente a temperabilidade especificada para o tipo de aço.

O provete deve também ser manipulado de forma a que o seu histórico térmico seja controlado antes da aplicação do jato de água. O objectivo não é reproduzir todas as geometrias industriais de têmpera. É criar uma comparação repetível, na qual o provete parte de uma condição austenítica definida e é depois sujeito a uma configuração conhecida de têmpera de extremidade. É por isso que um resultado Jominy deve ser associado às suas condições de ensaio, à designação do material e à norma aplicável. Uma curva sem esse contexto constitui uma evidência incompleta.

O provete de ensaio é cilíndrico porque uma forma repetível facilita a comparação da resposta térmica e da resposta à transformação entre diferentes ensaios. A ASTM A255-20 estabelece o diâmetro do provete como sendo de 1 polegada, enquanto a ISO 642:2024 estabelece um diâmetro de 25 mm e um comprimento de, pelo menos, 100 mm. Essas dimensões devem ser indicadas tal como foram utilizadas; não devem ser combinadas silenciosamente numa designação genérica de «barra Jominy normalizada».

Têmpera numa extremidade com água

Depois de o provete austenitizado ser colocado no equipamento, uma extremidade é atingida por um jato de água controlado. A descrição da University of Illinois identifica este jato de água como a acção de têmpera característica. O recurso didáctico de ciência dos materiais de Cambridge, publicado em 2012, explica o resultado físico: uma extremidade é temperada em água, enquanto o resto da barra arrefece ao ar.

A extremidade sob o jato é sujeita ao arrefecimento mais severo. O calor abandona rapidamente essa região, reduzindo o tempo disponível para a austenite se transformar em ferrite, perlite ou outros produtos de formação mais lenta antes de a temperatura atingir o intervalo martensítico. Pode, assim, formar-se uma fracção maior de martensite na extremidade temperada, dependendo da composição do aço e da sua condição austenítica inicial. A dureza medida pode ser elevada, mas esse valor único representa apenas a resposta numa localização, sob a parte mais severa deste histórico específico de arrefecimento.

O resto do provete não é directamente pulverizado. Perde calor através das superfícies expostas e por condução em direcção à extremidade temperada, trocando simultaneamente calor com o ar circundante. Consequentemente, a sua velocidade de arrefecimento é inferior à da extremidade, embora a velocidade exacta dependa da posição, da geometria do provete, das condições da água, do estado da superfície e das propriedades térmicas do aço. O ensaio não impõe uma única velocidade de arrefecimento uniforme a todo o cilindro.

Esta configuração explica também por que razão o ensaio Jominy não é simplesmente um ensaio de dureza com um dispositivo especial. Um ensaio de dureza convencional pode indicar um valor a partir de uma localização seleccionada. O ensaio de têmpera de extremidade produz intencionalmente uma série de localizações com diferentes históricos térmicos e, em seguida, compara as respectivas respostas de dureza. A Materials Education Foundation descreve o método nesses termos: mede-se a dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço.

Criação de um gradiente de velocidade de arrefecimento ao longo do provete

A medição fundamental é a distância à extremidade temperada em água. Imediatamente nessa extremidade, o arrefecimento é mais severo. À medida que se avança para longe dela, o arrefecimento torna-se progressivamente menos severo, produzindo ao longo da barra um intervalo contínuo de velocidades de arrefecimento, conforme explicado por Cambridge. Um único provete representa, assim, muitas condições de têmpera, desde uma resposta à têmpera severa em água junto à extremidade até respostas de arrefecimento mais lento ao ar nas zonas mais afastadas.

Depois do arrefecimento, efectuam-se medições de dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada. Esses valores são representados em função da distância, produzindo a curva de temperabilidade Jominy. Uma curva com declive suave indica que uma dureza substancial se mantém mais longe da extremidade; uma diminuição acentuada indica que a dureza está limitada à região mais próxima da zona de têmpera severa. A curva descreve a distribuição da dureza produzida por esta configuração de arrefecimento definida, em conformidade com a definição de temperabilidade apresentada no capítulo da ASM sobre aços ao carbono e de baixa liga: a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera.

A curva, por si só, não indica a dureza de todos os componentes possíveis. Uma engrenagem, uma chapa, um veio ou uma barra de grande espessura têm os seus próprios gradientes de temperatura entre a superfície e o centro, e o seu meio de têmpera e a sua agitação podem diferir da configuração Jominy. A conversão de uma distância Jominy numa resposta prevista para um componente requer correlações adequadas ou uma análise independente do tratamento térmico. A curva também não elimina os efeitos da composição ou do tamanho de grão da austenite. Esses factores contribuem, desde logo, para determinar a própria curva.

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

Geometria do Provete e Normas de Ensaio

Um resultado Jominy só é significativo quando se conhecem o provete, o ciclo de aquecimento, a disposição da têmpera, as medições de dureza e o método de apresentação dos resultados. O ensaio não produz uma constante do material independente do seu procedimento. Regista a forma como um determinado provete de aço responde a uma história térmica definida, com a dureza medida a variar à medida que aumenta a distância em relação à extremidade temperada.

Esta distinção é importante porque a dureza e a temperabilidade respondem a perguntas diferentes. A dureza é a resistência medida num local específico, segundo um método de ensaio definido. A temperabilidade é a profundidade e a distribuição da dureza produzida quando o aço é temperado. A ASTM A255-20 define-a como “a profundidade até à qual o aço endurece quando é temperado”. Uma curva Jominy necessita, portanto, de mais informações do que um único valor de dureza: necessita da distância em relação à extremidade temperada e das condições que criaram o gradiente de arrefecimento.

ASTM A255 e o provete de 1 polegada

A ASTM A255-20, Métodos de ensaio normalizados para determinar a temperabilidade do aço, especifica o ensaio quantitativo de têmpera por extremidade, ou ensaio Jominy, utilizando um provete cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. Essa dimensão não é uma descrição informal de uma barra de ensaio. Faz parte do método de ensaio e influencia a resposta térmica do provete antes, durante e depois da têmpera pela extremidade.

O procedimento habitual começa pelo aquecimento do provete cilíndrico até à temperatura de austenitização requerida. Em seguida, o provete é colocado no dispositivo de ensaio e um jato de água entra em contacto com uma das extremidades. A extremidade temperada arrefece mais rapidamente; os locais mais afastados recebem um arrefecimento directo menor e, por isso, arrefecem em condições diferentes. Após o arrefecimento, mede-se a dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada, e essas leituras são representadas graficamente para formar uma curva de temperabilidade. O Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois descreve esta sequência como o aquecimento de um provete cilíndrico até à temperatura de austenitização, a têmpera de uma extremidade com um jato de água e a medição da dureza ao longo do provete.

A geometria cria um intervalo controlado, e não uma única velocidade de arrefecimento. Como explica a University of Cambridge, uma extremidade é temperada em água, enquanto o restante arrefece ao ar, produzindo um intervalo contínuo de velocidades de arrefecimento ao longo da barra. Consequentemente, a curva mostra até que ponto o aço conserva a capacidade de formar produtos de transformação duros à medida que a severidade do arrefecimento diminui com a distância.

Uma diminuição acentuada da dureza pode indicar que o aço endurece fortemente apenas junto da extremidade temperada. Uma curva mais plana indica que a dureza é conservada mais longe dessa extremidade nas condições do ensaio. Nenhuma destas observações deve ser convertida numa afirmação universal sobre todos os componentes possíveis. As peças reais têm diâmetros, formas, histórias térmicas no forno, tempos de transferência e meios de têmpera diferentes. Uma curva Jominy é uma comparação normalizada da resposta, não um mapa directo da dureza para todas as geometrias.

A ASTM A255 também é importante quando o material é identificado por uma designação de qualidade. Um resultado comunicado para um aço ao carbono ou de baixa liga deve identificar a qualidade, a corrida ou a identidade da amostra, quando aplicável, a orientação do provete, se for relevante para o registo do ensaio, e a edição da norma utilizada. A composição do aço e o tamanho do grão de austenite são influências primárias na temperabilidade, como salienta a ASM International. A curva está, portanto, associada tanto ao material ensaiado como à sua condição térmica anterior.

ISO 642:2024 e o provete de 25 mm por, pelo menos, 100 mm

A ISO 642:2024, Aço — Ensaio de temperabilidade por têmpera pela extremidade (ensaio Jominy), especifica um provete com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Esta geometria é semelhante à disposição da ASTM, mas “semelhante” não significa “idêntica”. Um diâmetro de 25 mm é aproximadamente 0,4 mm inferior a 1 polegada, ou 25,4 mm. Essa diferença pode parecer reduzida; contudo, um ensaio baseado numa norma é definido pelas dimensões e pelos procedimentos nela especificados, e não por uma semelhança visual.

A designação ISO estabelece igualmente um comprimento mínimo: o provete deve ter pelo menos 100 mm de comprimento. O diâmetro e o comprimento devem ser considerados em conjunto com os requisitos relativos ao aquecimento, posicionamento, têmpera pela extremidade, preparação da superfície, ensaio de dureza e apresentação dos resultados. Um laboratório não pode estabelecer a conformidade com a ISO 642:2024 simplesmente colocando qualquer barra sob um jato de água e representando graficamente a dureza. O resultado é regido pelo método completo.

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

O comprimento mínimo do provete ISO também ilustra por que razão uma dimensão do provete não é um número isolado. Deve existir material suficiente para além da extremidade temperada, de modo a proporcionar o intervalo pretendido de resposta ao arrefecimento e os locais de medição necessários. Alterar o comprimento, a condição da extremidade, o dispositivo, o fornecimento de água ou a temporização pode modificar a história térmica. A curva medida passa então a descrever o ensaio alterado, e não necessariamente a resposta especificada pela ISO 642:2024.

Por que razão as normas e as dimensões do provete não devem ser confundidas

A ASTM A255 e a ISO 642:2024 descrevem ensaios de têmpera pela extremidade estreitamente relacionados, mas as normas devem ser identificadas, em vez de serem reduzidas a um “valor Jominy” indefinido. O método ASTM especifica um provete cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um provete com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Trata-se de requisitos dimensionais concretos, e não de designações permutáveis.

Um relatório adequado deve, por conseguinte, indicar a norma e a edição, as dimensões do provete, a identificação do aço, as condições de austenitização, os detalhes da têmpera, a escala de dureza, as distâncias de medição e a curva ou tabela de dados resultante. Se um laboratório modificar uma dimensão ou um procedimento exigido, o relatório deve identificar o ensaio como modificado, em vez de sugerir uma conformidade exacta.

Esta disciplina de apresentação dos resultados evita um erro comum: atribuir um único valor de dureza à temperabilidade. Uma leitura de dureza a 10 mm, 20 mm ou outra distância descreve um ponto de uma curva de resposta. Não estabelece toda a profundidade ou distribuição do endurecimento. A Materials Education Foundation descreve o ensaio Jominy como uma medição da dureza a distâncias crescentes de uma extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço; os vários locais de medição são essenciais para o método.

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

Da distância à extremidade temperada à curva de temperabilidade

Um ensaio Jominy transforma um provete temperado num conjunto de observações de dureza. A variável fundamental não é simplesmente a dureza do aço num determinado ponto. É a forma como a dureza medida varia à medida que a velocidade de arrefecimento local diminui com o aumento da distância em relação à extremidade temperada.

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

O ensaio começa pelo aquecimento da peça cilíndrica até à temperatura de austenitização especificada. Em seguida, uma das extremidades é exposta a um jato de água, enquanto o restante da barra arrefece ao ar. A University of Illinois descreve esta sequência como a base do procedimento Jominy (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024). Como a extremidade temperada perde calor mais rapidamente, é nela que ocorre o arrefecimento mais severo. O arrefecimento torna-se progressivamente menos severo à medida que aumenta a distância ao longo da barra. A University of Cambridge descreve esta disposição como produzindo uma gama contínua de velocidades de arrefecimento ao longo do provete (University of Cambridge, 2012).

Preparação das superfícies para a medição da dureza

A dureza não pode ser medida de forma fiável numa superfície coberta por carepa, material descarbonetado, marcas de maquinagem grosseiras ou uma camada de óxido irregular. Depois de o provete ter concluído a têmpera prescrita e ter arrefecido o suficiente para ser manuseado, prepara-se a superfície utilizada para as leituras, de modo a que o penetrador encontre aço são, e não material alterado ou danificado.

A própria extremidade temperada não é o único local relevante. A superfície de medição estende-se longitudinalmente a partir dessa extremidade, permitindo efetuar leituras de dureza a distâncias conhecidas. Por conseguinte, a preparação da superfície deve produzir uma faixa razoavelmente plana e limpa ao longo da barra. A retificação ou a maquinagem removem a carepa e a camada próxima da superfície afetada pelo aquecimento, enquanto um acabamento controlado limita os erros causados por sulcos, ondulações ou calor excessivo de retificação. A preparação não deve introduzir um novo efeito térmico nem remover uma quantidade de material tal que a geometria pretendida do provete e os locais de medição sejam alterados.

A prática exata de acabamento, a escala de dureza, o espaçamento e o formato de apresentação dos resultados dependem da norma de ensaio selecionada. A ASTM A255-20 e a ISO 642:2024 não devem ser combinadas de forma indiscriminada: um laboratório que siga os requisitos ASTM deve preparar e medir o provete conforme especificado pela ASTM, enquanto um ensaio ISO deve seguir a ISO 642. A questão é processual, não meramente estética. Uma impressão de dureza feita sobre carepa ou aço descarbonetado pode indicar a condição dessa superfície, e não a do aço temperado subjacente.

A superfície também precisa de ter largura suficiente e de manter uma separação adequada entre as impressões, para que as leituras de dureza permaneçam independentes. Indentações demasiado próximas umas das outras, demasiado perto de uma aresta ou numa zona visivelmente defeituosa podem distorcer o resultado. Se a superfície for curva ou estiver mal acabada, o penetrador poderá não assentar corretamente. Estes são alguns dos motivos pelos quais um resultado Jominy constitui uma sequência de medição controlada, e não uma verificação informal da dureza efetuada em qualquer ponto da barra.

Medição da dureza a distâncias crescentes

Quando a superfície de medição está pronta, regista-se a dureza a uma série de distâncias crescentes em relação à extremidade temperada em água. A primeira leitura representa o aço que arrefeceu nas condições mais severas do ensaio. As leituras posteriores representam locais que arrefeceram mais lentamente. A distância é medida a partir da extremidade temperada ao longo do provete, e cada leitura é associada à sua posição exata.

A Materials Education Foundation descreve o ensaio Jominy como uma medição da dureza a distâncias crescentes a partir de uma extremidade temperada, com o objetivo de determinar a temperabilidade do aço (Materials Education Foundation, 2024). Esta formulação capta a distinção essencial: o ensaio não pergunta apenas «Qual é a dureza deste aço?». Pergunta antes: «Como varia a resposta de dureza do aço à medida que a condição de arrefecimento se altera ao longo de um provete definido?»

A escala de dureza deve ser identificada. Em muitos resultados Jominy de aços, a dureza é indicada segundo a escala Rockwell C quando o material é suficientemente duro para essa escala, mas a norma selecionada e o intervalo medido determinam o método permitido. Um valor sem indicação da escala está incompleto. «52» pode referir-se a HRC, a outra escala Rockwell ou a um método de dureza diferente, e esses valores não podem ser comparados como se descrevessem a mesma propriedade.

Uma única leitura próxima da extremidade temperada pode indicar a dureza alcançada sob uma condição de arrefecimento severo. Não estabelece até que distância essa dureza se mantém. Do mesmo modo, uma leitura de dureza efetuada mais longe da extremidade pode refletir um arrefecimento mais lento, mas não pode, por si só, descrever a transição completa entre dureza elevada e dureza baixa. A temperabilidade é uma distribuição da resposta, e não um único valor de dureza.

A composição química do aço e o tamanho de grão da austenite são influências primárias nesta resposta, segundo a ASM International (1990). O carbono afeta a dureza alcançável pela estrutura transformada, enquanto os elementos de liga e o tamanho de grão afetam as condições de arrefecimento necessárias para as transformações concorrentes. A curva Jominy regista o resultado combinado desses fatores nas condições térmicas especificadas para o ensaio. Por si só, não isola a composição nem o tamanho de grão.

Representação gráfica da dureza em função da distância à extremidade temperada

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

A curva começa normalmente pela dureza medida mais próximo da extremidade temperada e traça depois a resposta de dureza ao longo da barra. Uma queda acentuada significa que a dureza diminui substancialmente ao longo de uma curta distância. Em termos práticos, o aço conserva a sua elevada dureza de têmpera apenas numa parte relativamente limitada deste provete de ensaio. Uma queda mais gradual significa que a dureza medida permanece mais elevada a maior distância da extremidade temperada, indicando uma maior profundidade de endurecimento sob o gradiente de arrefecimento Jominy. A forma da curva é tão importante como o primeiro ponto.

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

Uma curva Jominy é uma resposta a um histórico definido de têmpera numa extremidade. Pode comparar aços ensaiados segundo os mesmos requisitos e mostrar como a dureza varia com a distância. Contudo, por si só, não pode prever o perfil exato de dureza num carreto, numa chapa, num veio ou numa peça fundida espessos, temperados num tanque específico. A geometria da peça, a agitação, o meio de têmpera, o tempo de transferência, a prática de austenitização e a microestrutura inicial alteram o histórico de arrefecimento. A curva constitui, portanto, evidência da temperabilidade nas condições de ensaio especificadas — não um substituto para uma análise do tratamento térmico de um componente específico.

Velocidade de Arrefecimento, Transformação e Significado da Curva

Condições de arrefecimento contínuo ao longo da barra

Um provete Jominy não é sujeito a uma única severidade de têmpera de uma extremidade à outra. É sujeito a um gradiente. No ensaio normalizado, um provete cilíndrico de aço é primeiro aquecido até à sua temperatura de austenitização e, em seguida, uma das extremidades é exposta a um jato de água, enquanto o restante do provete arrefece ao ar. O Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois descreve esta sequência como o procedimento Jominy básico (2024). A extremidade arrefecida pela água perde calor rapidamente; as posições mais afastadas recebem um arrefecimento directo menor e trocam calor principalmente através do provete e do ar circundante.

Esta disposição cria uma gama contínua de condições de arrefecimento ao longo da barra, conforme explica a University of Cambridge na sua descrição do ensaio (2012). O historial exacto de arrefecimento não é determinado apenas pela distância. Depende também da geometria do provete, da temperatura inicial, da disposição do jacto de água, das condições da têmpera, das superfícies expostas e das propriedades térmicas do aço. A distância constitui, portanto, uma localização controlada no ensaio, e não uma conversão universal numa única velocidade de arrefecimento aplicável a todos os provetes ou componentes produzidos.

As dimensões fazem parte do método, não são pormenores incidentais. A ASTM A255-20 especifica o ensaio quantitativo de têmpera por uma extremidade com um provete cilíndrico de 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um provete de ensaio com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Estas designações e dimensões não devem ser misturadas de forma casual ao comparar resultados, porque uma alteração da geometria ou do procedimento pode modificar o fluxo de calor e, consequentemente, a resposta à transformação. Uma curva Jominy só tem significado em relação à norma e às condições de ensaio segundo as quais foi obtida.

A barra também não é um componente em miniatura com um padrão simples de arrefecimento «superfície versus centro». Um componente temperado em óleo, água, solução polimérica ou gás desenvolve um campo espacial de arrefecimento determinado pela sua forma e pela transferência de calor nas suas superfícies. O provete Jominy fornece, em vez disso, um gradiente laboratorial reprodutível. Permite amostrar várias severidades de arrefecimento num único ensaio, mas não reproduz todas as geometrias de componentes.

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

Transformação da austenite durante a têmpera

O aquecimento converte a estrutura inicial em austenite, desde que o tratamento de austenitização seleccionado seja adequado ao tipo e ao estado do aço. A têmpera remove então o calor suficientemente depressa — ou suficientemente devagar numa dada posição — para determinar quais as transformações que podem ocorrer à medida que a austenite arrefece. A questão fundamental não é simplesmente saber até que ponto o provete arrefece. É saber durante quanto tempo a austenite permanece dentro de intervalos de temperatura nos quais se podem formar produtos de transformação por difusão, antes de o material atingir condições de transformação a temperaturas mais baixas.

Na extremidade temperada em água, o historial de arrefecimento pode suprimir transformações que, de outro modo, produziriam ferrite, perlite ou constituintes bainíticos, permitindo que uma maior proporção da austenite se transforme em martensite durante o arrefecimento subsequente. Mais afastado da extremidade temperada, o percurso térmico menos severo dá às transformações concorrentes mais oportunidades para se iniciarem. A estrutura final pode então conter uma mistura diferente de produtos de transformação, e a sua dureza pode diminuir em conformidade. A curva regista esta alteração, mas não identifica, por si só, todos os constituintes nem fornece uma fracção de fase.

Esta contenção é essencial. Uma leitura de dureza não pode estabelecer um diagrama de transformação completo, e uma curva Jominy não pode ser interpretada como uma lista directa de velocidades de arrefecimento, salvo se essas velocidades tiverem sido determinadas separadamente para o mesmo equipamento e nas mesmas condições. A curva é um registo indirecto: cada distância corresponde a uma determinada resposta térmica nesse ensaio, e a dureza medida reflecte a microestrutura produzida por essa resposta.

A composição controla a facilidade com que as transformações são retardadas ou permitidas durante o arrefecimento. O carbono afecta fortemente a dureza que a martensite pode atingir, enquanto os elementos de liga podem alterar o comportamento da transformação e aumentar a profundidade ao longo da qual uma têmpera produz uma estrutura martensítica dura. O tamanho de grão da austenite também é importante. A ASM identifica a composição do aço e o tamanho de grão da austenite como factores primários que afectam a temperabilidade (ASM International, 1990). Um tamanho de grão da austenite prévia maior pode alterar as condições de nucleação e a cinética da transformação; assim, dois provetes nominalmente do mesmo tipo de aço podem produzir curvas diferentes se os seus históricos térmicos ou as suas estruturas de grão forem diferentes.

O ensaio mede, portanto, a resposta de um determinado estado do material, e não de uma designação abstracta do tipo de aço. A temperatura de austenitização, o tempo de permanência, o processamento anterior, o tamanho de grão, o estado da superfície e os pormenores da têmpera influenciam aquilo em que a austenite se transforma. Um resultado obtido num determinado estado não deve ser tratado como prova de que todos os tratamentos térmicos dessa designação produzirão a mesma curva.

Por que razão a dureza varia com a distância

A dureza varia com a distância porque a distância altera o historial de arrefecimento, e o historial de arrefecimento altera a microestrutura resultante. Perto da extremidade temperada, o provete perde calor de forma mais intensa. Mais afastado, o calor permanece durante mais tempo na barra e dissipa-se em condições diferentes. As estruturas resultantes podem, por isso, variar desde um material predominantemente martensítico junto à extremidade até misturas que contêm produtos de transformação mais macios nas posições que arrefeceram de forma menos severa. A transição exacta depende do tipo e do estado do aço; deve ser medida, e não inventada a partir de um diagrama genérico.

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

O valor medido depende também do método de dureza e da preparação do ensaio. A descarburização superficial, a rugosidade, o alinhamento, o espaçamento entre indentações, a escala de medição e os defeitos locais podem distorcer o resultado. O ensaio é normalmente realizado a distâncias sucessivas da extremidade temperada, depois de preparada uma superfície de medição longitudinal plana ou outra superfície especificada, traçando-se em seguida a dureza em função da distância. A Materials Education Foundation descreve esta interpretação básica: mede-se a dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada para determinar a temperabilidade (2024).

A linha traçada não constitui, portanto, uma classificação directa da dureza de todo o aço. É um mapa da resposta de dureza sob o gradiente térmico Jominy. Um valor relativamente elevado longe da extremidade temperada indica que o aço manteve uma resposta ao endurecimento sob uma condição de arrefecimento menos severa do que aquela experimentada na extremidade. Uma diminuição rápida indica que a microestrutura se torna mais macia à medida que o arrefecimento se torna menos severo. Estas afirmações dizem respeito à forma e à posição da curva de resposta, e não a uma classificação universal baseada num único número de dureza isolado.

Um engenheiro de componentes pode utilizar a curva para comparar a resposta ao arrefecimento de um aço com as condições de arrefecimento previstas numa peça, mas apenas depois de ter em conta a dimensão da secção, a geometria, o meio de têmpera e a prática de tratamento térmico. O resultado Jominy não prova que um componente terá uma dureza idêntica em todas as posições correspondentes. Fornece evidência controlada sobre a forma como o aço se transforma à medida que a severidade do arrefecimento diminui. Esse é o significado da curva e é por isso que a temperabilidade deve permanecer distinta da dureza.

Composição e tamanho de grão da austenite

A temperabilidade não é sinónimo de dureza. A norma ASTM A255-20 define a temperabilidade como a profundidade até à qual o aço endurece quando é temperado, enquanto o ASM Handbook a descreve como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. Um aço pode atingir uma dureza elevada junto de uma superfície temperada e, ainda assim, perder dureza rapidamente em direção ao interior. Outro aço pode apresentar uma dureza superficial semelhante, mantendo martensite e, por conseguinte, uma dureza útil, a uma distância maior da superfície temperada.

A distinção torna-se clara no ensaio Jominy de têmpera pela extremidade. A norma ASTM A255-20 especifica um provete cilíndrico com 1 polegada de diâmetro; a ISO 642:2024 especifica um provete com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Estas dimensões não são pormenores permutáveis quando se comparam resultados. O provete é aquecido até à condição de austenitização especificada, suspenso verticalmente e temperado numa extremidade por um jato de água. A University of Illinois descreve medições de dureza realizadas a distâncias crescentes dessa extremidade temperada, enquanto a University of Cambridge explica que a extremidade arrefecida a água e o restante, arrefecido ao ar, criam uma gama contínua de velocidades de arrefecimento ao longo da barra. Um gráfico da dureza em função da distância constitui a curva de temperabilidade Jominy.

A curva é uma resposta à composição, ao historial térmico anterior, à geometria do provete, ao tratamento de austenitização e ao padrão de arrefecimento imposto. Não é uma constante material única, desligada das condições do ensaio. A ASM International identifica a composição do aço e o tamanho de grão da austenite como fatores primários que afetam a temperabilidade. Esses fatores atuam através de mecanismos diferentes e não devem ser reduzidos à pergunta única: «Qual é a dureza do aço?»

O papel da composição do aço

TemperabilidadeTemperabilidade Capacidade do aço para desenvolver e conservar a dureza a uma profundidade maior durante uma têmpera definida; é distinta da dureza máxima.

A composição afeta a temperabilidade principalmente ao alterar as temperaturas e as velocidades a que a austenite se transforma durante o arrefecimento. Elementos de liga como o manganês, o crómio, o níquel e o molibdénio podem atrasar as transformações da austenite em ferrite, perlite ou bainite. Com essas transformações deslocadas para tempos mais longos, uma maior parte da secção pode evitá-las durante a têmpera e formar martensite em vez disso. O resultado é um perfil de dureza mais profundo, desde que a velocidade de arrefecimento e o teor de carbono do aço permitam a formação de martensite.

O carbono participa neste quadro, mas os seus papéis devem ser distinguidos. Contribui fortemente para a dureza que a martensite pode atingir. Os elementos de liga, pelo contrário, são especialmente importantes para alterar a cinética das transformações e, portanto, a velocidade de arrefecimento necessária para suprimir os produtos de transformação por difusão ao longo da secção. O carbono também altera o comportamento das transformações, pelo que a separação não é absoluta; trata-se de uma distinção de ênfase. Dizer que «mais liga significa aço mais duro» é demasiado simplista. Uma formulação mais rigorosa é que o teor de elementos de liga pode tornar um determinado historial de arrefecimento mais capaz de produzir martensite em profundidade, enquanto o carbono determina, em grande medida, a dureza atingível por essa martensite, juntamente com fatores como o revenido e a microestrutura.

A composição deve, por isso, ser identificada pela qualidade exata, pela especificação e pela designação aplicável. «4140», por exemplo, refere-se a uma designação de aço de liga de crómio-molibdénio, mas um resultado comunicado continua a exigir a especificação relevante do produto, os limites da composição química, o tratamento térmico e o método de ensaio. O nome de uma qualidade não elimina os intervalos de composição permitidos. Duas corridas dentro da mesma designação podem ocupar posições diferentes dentro desses limites, e pequenas alterações no teor de carbono ou de elementos de liga podem modificar o comportamento das transformações. «Aço de baixa liga» é uma descrição útil de uma família, mas não uma definição química suficiente para comparar duas curvas Jominy.

A mesma cautela se aplica aos aços ao carbono e às qualidades destinadas a endurecimento superficial. Um aço não ligado ao carbono e um aço de níquel-crómio-molibdénio podem ter durezas semelhantes na extremidade temperada, mas declives diferentes e diferentes distâncias ao longo das quais a dureza é mantida. Inversamente, uma composição com elevado teor de carbono pode produzir uma dureza elevada junto da superfície sem endurecer profundamente numa secção de grandes dimensões. A curva fornece a evidência relativa à condição de arrefecimento ensaiada; a qualidade nominal, por si só, não.

O resultado Jominy também não pode ser transferido diretamente para qualquer geometria de componente. Uma barra cilíndrica, uma placa e um forjamento complexo perdem calor de formas diferentes. A dimensão da secção, o estado da superfície, a agitação do meio de têmpera e a presença de arestas alteram o historial de arrefecimento local. A análise de temperabilidade de Grossmann e outros métodos de engenharia podem relacionar a resposta do material com a severidade da têmpera e a geometria da secção, mas uma curva Jominy, por si só, não indica a dureza em todos os pontos de uma peça arbitrária.

Teor de carbono e dureza martensítica atingível

A martensite forma-se quando a austenite é arrefecida suficientemente depressa para impedir ou limitar a transformação por difusão, mas a dureza dessa martensite depende fortemente do carbono dissolvido na austenite antes da têmpera. O aumento do teor de carbono eleva geralmente a dureza martensítica não revenida atingível dentro do intervalo útil de teores de carbono, porque o carbono distorce a rede martensítica e aumenta a resistência à deformação. Este é um efeito sobre a dureza, não uma autorização para utilizar o teor de carbono como medida completa da temperabilidade.

Um aço de baixo teor de carbono pode endurecer ao longo de uma secção sob um historial de arrefecimento adequado e, ainda assim, apresentar uma dureza máxima inferior à de um aço com maior teor de carbono. O aço com maior teor de carbono pode apresentar uma extremidade Jominy muito dura, mas uma diminuição acentuada da dureza com a distância se a sua composição não atrasar suficientemente a formação de perlite, ferrite ou bainite. O aço de liga com baixo teor de carbono pode apresentar um limite superior de dureza inferior, mas manter essa dureza a uma distância maior da extremidade temperada. São resultados diferentes: dureza martensítica atingível versus profundidade de endurecimento.

O carbono também afeta a quantidade e a estabilidade da austenite durante a austenitização. Se o carbono não for adequadamente dissolvido, a composição da austenite difere da composição nominal do volume; se ocorrer uma dissolução excessiva, podem verificar-se crescimento de grão e outras alterações. Consequentemente, a curva medida reflete a temperatura de austenitização e a prática de manutenção selecionadas, e não apenas a composição química. Após a têmpera, o revenido altera ainda mais a dureza; por isso, um perfil de dureza revenido não deve ser comparado com uma curva Jominy no estado temperado como se ambos representassem a mesma condição.

Um valor de dureza na extremidade temperada em água constitui, portanto, uma evidência incompleta. Pode indicar a dureza disponibilizada pela composição martensítica local, mas não mostra a rapidez com que a dureza diminui, onde começam as microestruturas mistas ou que parte de uma secção maior pode endurecer. A curva dependente da distância é a medição relevante.

O tamanho de grão da austenite como fator de influência na temperabilidade

O tamanho do grão da austenite prévia afeta a temperabilidade porque os produtos de transformação, como a ferrite e a perlite, nucleiam frequentemente nos limites de grão da austenite. Grãos de austenite mais grosseiros proporcionam uma menor área de limites de grão por unidade de volume, reduzindo o número de potenciais locais de nucleação e tendendo a atrasar a transformação por difusão durante o arrefecimento. Esse atraso pode permitir a formação de martensite a uma velocidade de arrefecimento inferior; assim, um tamanho de grão da austenite prévia mais grosseiro pode aumentar a temperabilidade medida.

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

O tamanho de grão também explica por que razão as curvas não podem ser comparadas sem os respetivos históricos de tratamento térmico anteriores. Dois provetes cortados da mesma especificação podem produzir resultados diferentes se um tiver sido normalizado, outro tiver sido mantido durante mais tempo a uma temperatura de austenitização mais elevada, ou se as práticas de aquecimento e arrefecimento tiverem produzido tamanhos de grão da austenite prévia diferentes. Os carbonetos, as partículas ricas em elementos de liga não dissolvidas e a segregação podem afetar adicionalmente a composição da austenite disponível durante a têmpera. Por conseguinte, o relatório do ensaio deve identificar a temperatura de austenitização, o tempo de manutenção, o estado do provete e o procedimento de medição, juntamente com a composição química.

Uma curva Jominy é significativa quando essas variáveis são controladas. A composição determina, entre outros aspetos, a forma como a cinética das transformações responde ao arrefecimento; o carbono ajuda a estabelecer a dureza da martensite que se forma; e o tamanho de grão da austenite altera a facilidade com que começam as transformações concorrentes. Em conjunto, estes fatores explicam por que razão a temperabilidade é uma resposta medida, e não um rótulo de dureza. Quando a qualidade, o tamanho de grão, o tratamento anterior, as dimensões do provete e a norma de ensaio estão claramente definidos, a curva pode fundamentar uma comparação defensável. Sem esses elementos, um valor de dureza ou uma curva sem identificação dá origem precisamente à confusão que o ensaio pretende evitar.

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

Resposta dos aços-carbono à têmpera

O aço-carbono não apresenta uma única resposta fixa à temperabilidade. O seu comportamento depende do teor de carbono, do tamanho de grão da austenite prévia, da dimensão da secção, da prática de austenitização e da severidade da têmpera. O teor de carbono influencia fortemente a dureza que a martensite pode atingir, mas esse facto, por si só, não determina até que profundidade um determinado aço endurecerá a partir de uma superfície temperada. Um provete pequeno pode desenvolver uma elevada dureza superficial, enquanto uma secção maior conserva ferrite, perlita ou bainite na direção do centro, porque o interior arrefece mais lentamente.

Esta distinção é fundamental no capítulo da ASM Temperabilidade dos aços-carbono e dos aços de baixa liga, publicado em 1990. O capítulo define a temperabilidade como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera, e não como a dureza máxima medida num único ponto. A ASTM A255-20 utiliza uma formulação estreitamente relacionada, definindo a temperabilidade como “a profundidade até à qual o aço endurece quando temperado” (ASTM International, 2020). A dureza é, portanto, um valor observado num ponto especificado; a temperabilidade descreve o padrão de resposta ao longo do material.

Num aço-carbono simples, o aumento do teor de carbono geralmente eleva a dureza atingível nas regiões totalmente martensíticas, dependendo da microestrutura e do tratamento térmico do aço. Daqui não decorre que toda e qualquer qualidade com maior teor de carbono produza uma zona endurecida mais profunda ou mais uniforme em todas as condições de têmpera. O carbono também influencia o comportamento de transformação da austenite, enquanto o manganês e os elementos residuais podem alterar a resposta, mesmo quando a designação é descrita genericamente como “aço-carbono”. O intervalo real de composição química é relevante.

O ensaio Jominy de têmpera na extremidade torna visível esta resposta espacial. Conforme descrito pelo Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois, um provete cilíndrico é aquecido até à sua temperatura de austenitização especificada e uma das extremidades é temperada com um jacto de água (University of Illinois, 2024). Mede-se depois a dureza a distâncias crescentes em relação à extremidade temperada. O gráfico resultante da dureza em função da distância é a curva Jominy.

A curva existe porque o provete não arrefece a uma velocidade uniforme. O recurso da University of Cambridge sobre transformações dos materiais explica que o arrefecimento por água numa extremidade e por ar no restante do provete produz um intervalo contínuo de velocidades de arrefecimento ao longo da barra (University of Cambridge, 2012). Próximo do jacto, a austenite é sujeita ao arrefecimento mais severo; mais afastada, a velocidade de arrefecimento diminui. Um aço-carbono cuja dureza diminui acentuadamente com a distância apresenta uma resposta de temperabilidade diferente da de outro que mantém uma dureza semelhante mais ao longo do provete, mesmo que ambos apresentem a mesma dureza na extremidade temperada.

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

Adições de baixa liga e resposta à têmpera em profundidade

As adições de baixa liga alteram a temperabilidade principalmente ao retardarem as transformações que competem com a formação de martensite durante o arrefecimento. O manganês, o crómio, o molibdénio e o níquel podem alterar a temperatura e o momento da formação de ferrite, perlita e bainite. Com essas transformações adiadas, uma região interior que arrefeça mais lentamente pode ainda atingir o intervalo martensítico. Esta é a base metalúrgica para uma maior resposta à têmpera em profundidade em muitos aços ligados.

O efeito não se resume a uma regra simples segundo a qual “mais elementos de liga equivalem a mais dureza”. Os elementos de liga podem influenciar a temperabilidade, a formação de carbonetos, a resposta ao revenido, a austenite retida e a dureza da microestrutura final através de mecanismos diferentes. O crómio e o molibdénio, por exemplo, podem participar nas populações de carbonetos e afetar a cinética de transformação; o níquel altera o comportamento de transformação sem atuar exatamente da mesma forma que um elemento forte formador de carbonetos. O manganês pode aumentar a temperabilidade, mas o seu efeito deve ser considerado em conjunto com o carbono, o controlo do enxofre, o processamento anterior e o restante da composição. Pequenas adições de boro podem ter um efeito substancial na temperabilidade quando presentes na condição metalúrgica correta, mas o resultado depende do carbono, do azoto, da prática relativa ao titânio ou ao alumínio e do historial de processamento.

A ASM identifica a composição do aço e o tamanho de grão da austenite como fatores primários que afetam a temperabilidade (ASM International, 1990). O tamanho de grão é importante porque grãos maiores de austenite prévia proporcionam uma menor área de fronteira de grão para a nucleação de alguns produtos de transformação por difusão. No entanto, o crescimento do grão não constitui uma melhoria sem custos: pode prejudicar a tenacidade e o comportamento dimensional. Assim, uma comparação baseada apenas numa curva medida pode continuar incompleta se os tratamentos térmicos previstos forem diferentes.

O termo “têmpera em toda a secção” exige o mesmo cuidado. Não significa que todas as secções transversais de uma peça de aço se tornarão uniformemente martensíticas. Uma curva Jominy fornece uma resposta normalizada a um gradiente de velocidades de arrefecimento, e não uma previsão direta para todos os diâmetros, geometrias, condições de agitação ou meios de têmpera. Os métodos de engenharia podem utilizar dados Jominy em conjunto com relações entre a dimensão da secção e o arrefecimento, mas o resultado previsto continua associado aos pressupostos subjacentes a esses métodos. Uma barra temperada em água, uma engrenagem temperada em óleo e uma placa temperada num polímero não partilham um historial universal de arrefecimento.

Do mesmo modo, um valor elevado de dureza na extremidade Jominy não prova uma têmpera profunda. A extremidade é exposta ao arrefecimento mais severo e pode formar martensite mesmo num aço cuja dureza diminua rapidamente a uma curta distância. Inversamente, uma dureza medida mais baixa pode refletir o teor de carbono, o revenido, a austenite retida ou uma mistura de fases, e não apenas uma temperabilidade reduzida. A medição deve ser interpretada em conjunto com o tratamento térmico e a microestrutura.

Porque as designações das qualidades não substituem os dados de ensaio

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

Uma comparação defensável deve identificar pelo menos cinco elementos: a designação do aço e a norma aplicável; o intervalo de composição química medido, incluindo os elementos de liga e residuais relevantes; a temperatura de austenitização e o tratamento de manutenção; o equipamento e o meio de têmpera; e o método de medição e a escala de dureza. Deve também indicar se o resultado provém da ASTM A255, da ISO 642, de outro procedimento definido ou de um ensaio específico da fábrica. Uma curva obtida com um provete ASTM de 1 polegada não deve ser apresentada como se fosse automaticamente um resultado segundo a ISO 642, apesar da semelhança entre as dimensões nominais dos provetes.

A variação da produção limita ainda mais aquilo que uma designação pode estabelecer. Duas corridas vendidas com a mesma designação podem diferir dentro do intervalo de composição química permitido. Diferenças no tamanho de grão, na redução por forjamento, no historial de normalização, na descarbonetação e na prática de austenitização podem alterar a resposta medida. Uma composição nominal publicada fornece, portanto, contexto, mas não prova uma determinada curva de temperabilidade.

A Materials Education Foundation descreve o método Jominy como a medição da dureza a distâncias crescentes de uma extremidade temperada para determinar a temperabilidade do aço (Materials Education Foundation, 2024). Esta formulação capta o limite adequado do ensaio: este mede uma resposta de dureza gerada por um gradiente de arrefecimento definido. Não transforma o nome de uma qualidade numa classificação universal de desempenho, nem substitui a validação específica da secção quando as condições de arrefecimento ou a geometria são diferentes.

Uma comparação sólida entre qualidades deve, portanto, perguntar: “Que resposta foi medida e em que condições?” Não deve perguntar apenas qual é a designação supostamente mais dura. Apenas a primeira pergunta aborda a temperabilidade.

Leitura e comparação de curvas de Jominy

Uma curva de Jominy é um gráfico da dureza medida em função da distância à extremidade temperada de um provete de aço. O eixo horizontal começa normalmente na extremidade arrefecida por água e estende-se em direção à extremidade arrefecida pelo ar; o eixo vertical indica a dureza numa escala especificada, como Rockwell C (HRC), Rockwell B (HRB) ou dureza Vickers (HV). A curva deve ser lida como um registo da resposta do aço a uma gama controlada de condições de arrefecimento, e não como uma única classificação de dureza.

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

Altura da curva junto à extremidade temperada

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

Esta distinção é importante porque o teor de carbono tem um efeito forte sobre a dureza da martensite, enquanto a temperabilidade também depende da facilidade com que transformações como a perlite ou a bainite são suprimidas durante o arrefecimento. Dois aços podem atingir durezas semelhantes junto à extremidade temperada e, ainda assim, divergir substancialmente mais ao longo do provete. O aço cuja dureza diminui lentamente reteve uma microestrutura dura sob um arrefecimento mais lento e, por isso, apresenta uma maior profundidade de endurecimento neste ensaio.

O valor na extremidade temperada também pode ser afetado por condições que não constituem simplesmente uma propriedade da qualidade do aço. A temperatura de austenitização e o tempo de manutenção influenciam o estado da austenite. O tamanho do grão da austenite é um fator primário que afeta a temperabilidade, conforme reportado pela ASM International no seu tratamento de 1990 sobre a dureza e a temperabilidade dos aços, e um crescimento excessivo do grão pode alterar a curva. A descarbonetação superficial, a oxidação, os danos causados pela retificação, o alinhamento incorreto do jato de água ou uma impressão de dureza colocada demasiado perto de uma aresta podem distorcer as primeiras leituras.

Por esse motivo, uma curva que começa mais acima não deve ser automaticamente descrita como “mais temperável”. Poderá apresentar uma maior dureza após a têmpera na extremidade, uma maior temperabilidade ou ambas. O restante perfil fornece os dados necessários para separar esses efeitos.

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

Forma da curva e retenção da dureza com a distância

A característica central de uma curva de Jominy é a sua taxa de perda de dureza à medida que aumenta a distância. O procedimento descrito pelo Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois aquece um provete cilíndrico até à sua temperatura de austenitização, tempera uma extremidade com um jato de água, mede a dureza a distâncias crescentes e representa os resultados num gráfico. A University of Cambridge explica por que razão se obtém este perfil: a extremidade temperada arrefece rapidamente, enquanto as zonas mais afastadas arrefecem progressivamente mais devagar ao ar.

Uma inclinação descendente acentuada significa que a dureza se perde ao longo de uma distância curta. Esse aço responde fortemente à mudança de um arrefecimento rápido para um arrefecimento mais lento. Uma curva mais plana significa que a dureza é retida mais longe da extremidade temperada. Em termos metalúrgicos práticos, esta última resposta indica que uma maior profundidade do provete pode transformar-se numa estrutura dura sob um arrefecimento menos severo do que o existente na extremidade.

A curva não tem necessariamente de ser uma linha reta. Pode descer acentuadamente junto à extremidade, tornar-se mais plana numa região intermédia ou apresentar uma alteração de inclinação associada a transformações que ocorrem a diferentes velocidades de arrefecimento. Um patamar curto seguido de uma descida e de um segundo aplanamento deve ser interpretado como uma sequência de respostas, e não reduzido a um único valor de “temperabilidade média”. A forma reflete a composição, o tamanho do grão da austenite, a microestrutura inicial e a história térmica utilizada no ensaio. O capítulo da ASM de 1990 sobre aços-carbono e aços de baixa liga descreve a temperabilidade como determinante da profundidade e da distribuição da dureza produzida pela têmpera, razão pela qual todo o perfil é importante.

Uma curva que se mantém mais elevada a uma determinada distância reteve mais dureza nessa condição de ensaio. Isso não prova que todas as secções de um componente produzido terão essa dureza. Um componente real tem uma geometria, uma massa, uma condição superficial e um percurso de arrefecimento diferentes. A conversão de um resultado Jominy numa previsão do comportamento do componente requer um modelo de arrefecimento definido ou um método como a análise de Grossman; uma comparação visual, por si só, não permite efetuar essa conversão.

Além disso, uma curva mais elevada não torna uma qualidade de aço universalmente preferível. Um projeto pode exigir uma combinação específica de dureza, tenacidade, controlo da distorção, soldabilidade e resposta ao revenido. O ensaio de Jominy aborda uma resposta a uma história de têmpera definida. Não substitui os ensaios mecânicos nem uma especificação aplicável à peça acabada.

Ao comparar curvas, devem comparar-se distâncias correspondentes e escalas de dureza correspondentes. Uma curva representada em HRC não pode ser classificada numericamente em relação a uma curva representada em HV sem um método de conversão adequado e declarado. As conversões de dureza não são identidades físicas exatas, especialmente entre microestruturas diferentes. A convenção de representação utilizada também é relevante: pontos ligados por linhas retas, uma curva ajustada e uma tabela interpolada podem apresentar as mesmas medições de formas diferentes.

Dispersão, repetibilidade e condições de comparação

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

Um único ponto irregular não deve ser tratado como uma descoberta metalúrgica. Deve verificar-se primeiro se o ponto se encontra fora da repetibilidade de medição esperada, se o espaçamento entre as impressões foi adequado e se a superfície do provete ou a escala de dureza estavam corretas. Ensaios repetidos que mostrem a mesma alteração na forma da curva têm mais peso do que uma única leitura alta ou baixa isolada.

Uma comparação significativa exige mais do que ensaiar provetes com a mesma designação nominal da qualidade do aço. Devem utilizar-se a mesma norma, as mesmas dimensões do provete, a mesma preparação superficial, a mesma temperatura de austenitização, o mesmo procedimento de manutenção, o mesmo tempo de transferência, a mesma configuração de têmpera, a mesma escala de dureza, os mesmos locais de medição e a mesma convenção de apresentação dos resultados. A ASTM A255-20 especifica um provete com 1 polegada de diâmetro, enquanto a ISO 642:2024 especifica um diâmetro de 25 mm e um comprimento mínimo de 100 mm; os resultados obtidos segundo essas normas devem ser identificados em conformidade, em vez de serem combinados silenciosamente.

Deve também considerar-se a condição inicial do aço. A composição é importante, mas também o é o tamanho do grão da austenite estabelecido durante o aquecimento. Não se pode presumir que uma curva obtida em laboratório a partir de um determinado tratamento térmico represente todas as corridas da mesma designação se a prática de austenitização for diferente. Esta é uma das razões pelas quais uma curva deve incluir as suas condições de ensaio sempre que for reproduzida.

Por fim, deve separar-se a interpretação da conformidade. A leitura da curva pode mostrar que a dureza diminui rapidamente, que a dureza é retida mais longe da extremidade temperada ou que os ensaios repetidos apresentam dispersão. Apenas a especificação aplicável pode indicar o intervalo permitido, o valor mínimo, o requisito de amostragem e a decisão de aceitação. Uma curva de Jominy é uma evidência da temperabilidade sob condições definidas — não uma recomendação autónoma para um produto, uma classificação das qualidades de aço ou um substituto dos requisitos de aceitação aplicáveis ao material.

Ensaios de Jominy, Grossman e de Temperabilidade ao Ar

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

O ASM Handbook considera os ensaios de Jominy, Grossman e de temperabilidade ao ar como métodos relacionados para examinar esta resposta, e não como ensaios permutáveis. Cada um impõe uma história térmica diferente. O ensaio de Jominy cria uma gama controlada de velocidades de arrefecimento ao longo de um provete; a análise de Grossman relaciona a resposta do aço com a severidade da têmpera e a dimensão do componente; um ensaio de temperabilidade ao ar procura determinar o que acontece quando o meio de arrefecimento especificado é o ar. O resultado de um método não pode ser substituído pelo resultado de outro sem uma conversão ou um modelo definidos.

O método Jominy de têmpera na extremidade

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

A sequência básica é simples. Um provete maquinado é aquecido até à temperatura de austenitização especificada, mantido durante o tempo necessário para atingir a condição térmica prescrita e transferido para um dispositivo de ensaio. Um jato de água incide sobre uma das extremidades. O Materials Technology and Innovation Laboratory da University of Illinois descreve esta sequência de aquecimento e têmpera por água numa extremidade no seu procedimento Jominy de 2024. Após o arrefecimento, é normalmente preparada uma face plana ao longo do provete, e são efetuadas leituras de dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada.

A física confere ao ensaio o seu valor. A extremidade temperada é submetida ao arrefecimento mais severo, enquanto as zonas mais afastadas recebem um arrefecimento progressivamente menos rápido, por serem arrefecidas indiretamente e, em parte, pelo ar. A University of Cambridge explica que esta disposição produz uma gama contínua de velocidades de arrefecimento ao longo da barra. Um gráfico da dureza em função da distância mostra, portanto, como a resposta de dureza medida do aço se altera à medida que a velocidade de arrefecimento diminui.

Perto da extremidade temperada, a dureza depende fortemente do teor de carbono e de a austenite se transformar em martensite, em vez de em produtos mais macios, como a perlite ou a bainite. Mais afastados da extremidade, os elementos de liga e o tamanho do grão austenítico tornam-se importantes, porque retardam as transformações por difusão durante um arrefecimento mais lento. A ASM International identificou a composição do aço e o tamanho do grão austenítico como influências primárias na temperabilidade no seu estudo de 1990 sobre dureza e temperabilidade.

A curva é o resultado, e não um único valor de dureza. A sua forma pode indicar até que distância um aço mantém uma determinada resposta de dureza, mas não indica diretamente a distribuição da dureza em todos os componentes reais. Uma barra, engrenagem, placa ou peça forjada tem o seu próprio diâmetro, geometria, estado superficial, historial de austenitização e percurso de arrefecimento. O provete Jominy também possui um gradiente térmico unidimensional específico, que não se reproduz em todos os pontos de uma peça espessa.

Uma curva de Jominy não pode, por si só, estabelecer que uma peça endurecerá completamente até ao centro em óleo, água, polímero ou ar. Do mesmo modo, um valor de dureza obtido na extremidade temperada não pode descrever a temperabilidade completa do aço. A curva deve ser interpretada tendo em conta a dimensão da secção pretendida e a história de têmpera.

Análise do diâmetro crítico de Grossman

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

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

O método utiliza a severidade da têmpera, normalmente representada pelo fator $H$ de Grossman, para descrever a eficácia da transferência de calor à superfície. Uma têmpera mais severa extrai calor mais rapidamente do que uma menos severa, embora o resultado real também dependa da agitação, da temperatura, do comportamento da película de vapor, do estado superficial e da forma da peça. A análise de Grossman relaciona então esta severidade com a dimensão da secção e com uma condição-limite de endurecimento.

O diâmetro crítico ideal é o diâmetro de uma barra redonda hipotética que atingiria uma condição especificada no centro sob uma têmpera idealizada. O diâmetro crítico real aplica a severidade de têmpera selecionada à peça. Estes termos não são designações alternativas para a distância Jominy. Uma distância Jominy é uma posição ao longo de uma barra de ensaio; um diâmetro crítico é um resultado relativo à dimensão da secção, obtido através de uma análise da severidade da têmpera e da resposta do aço.

Os dados de Jominy podem fornecer o parâmetro relativo à resposta do aço para os cálculos ou gráficos de Grossman, mas o cálculo acrescenta pressupostos sobre a geometria e a transferência de calor. Consequentemente, dois componentes fabricados a partir da mesma corrida de aço podem endurecer a profundidades diferentes se as suas dimensões ou têmperas forem diferentes. O mesmo aço também pode produzir diâmetros críticos diferentes sob diferentes valores de $H$. A análise de Grossman é, assim, uma ponte entre a resposta laboratorial e uma situação de têmpera definida, e não um ensaio de dureza independente.

Ensaios de temperabilidade ao ar

Os ensaios de temperabilidade ao ar examinam o comportamento de um aço durante o arrefecimento ao ar, em vez de imporem o jato de água de Jominy ou atribuírem um valor de severidade de têmpera de Grossman. O provete é austenitizado segundo o procedimento especificado, retirado do forno e arrefecido ao ar nas condições do ensaio. Em seguida, mede-se a dureza, a microestrutura ou a variação da dureza ao longo da secção, conforme exigido pelo método.

Esta distinção é importante porque “endurecimento ao ar” não significa que o aço tenha uma dureza fixa, independente da dimensão. O arrefecimento em ar parado, em ar forçado e numa atmosfera controlada produz condições diferentes de transferência de calor. Um provete pequeno pode arrefecer suficientemente depressa para formar uma quantidade substancial de martensite, enquanto o centro de uma secção maior arrefece mais lentamente e forma uma mistura diferente de produtos de transformação. A temperatura do forno, as dimensões do provete, os apoios, o fluxo de ar e o estado superficial podem todos afetar a resposta medida.

Um resultado de temperabilidade ao ar descreve, portanto, o comportamento sob a história de arrefecimento ao ar especificada. Não substitui uma curva de Jominy, porque não cria o mesmo gradiente contínuo de arrefecimento de uma extremidade à outra. Também não substitui a análise de Grossman, porque, por si só, não exprime a relação entre a severidade da têmpera e uma gama de dimensões de secção. Os três métodos respondem a questões próximas, mas os seus resultados mantêm significados diferentes.

O capítulo da ASM de 1990 sobre aços ao carbono e de baixa liga define a temperabilidade como a propriedade que rege a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. Esta formulação constitui o teste prático: deve perguntar-se como é distribuída a dureza após uma história térmica especificada, e não apenas quão duro se torna um determinado ponto.

De uma curva de Jominy a um componente real

Uma curva de Jominy descreve a resposta de um aço a uma configuração de arrefecimento controlada. Não prevê a dureza em todos os pontos de um componente acabado sem uma análise adicional. Esta distinção é importante porque um provete normalizado é pequeno, simples e arrefecido de uma forma prescrita, enquanto um componente pode conter arestas finas, cubos espessos, furos, cantos, condições superficiais variáveis e regiões que arrefecem a velocidades muito diferentes.

A ASTM A255-20 define a temperabilidade como a profundidade até à qual o aço endurece quando é temperado. O seu procedimento quantitativo de têmpera por extremidade utiliza um provete cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um provete de aço para ensaio de têmpera por extremidade com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Estas dimensões e as condições de ensaio prescritas permitem uma comparação repetível entre corridas, qualidades ou condições de processamento; não transformam o provete num modelo à escala de uma peça de uma máquina.

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

Esta resposta é útil, mas deve ser transposta cuidadosamente.

Espessura da secção e gradientes térmicos

A espessura da secção de um componente controla a quantidade de calor que tem de sair do seu interior antes do início da transformação. Uma parede fina tem um percurso curto até à superfície e pode arrefecer rapidamente em grande parte da sua secção. Um ressalto, veio, flange ou pré-forma de engrenagem espesso retém calor no centro; a superfície pode atravessar o intervalo de transformação martensítica enquanto o núcleo arrefece suficientemente devagar para se formar bainite, perlita ou ferrite, dependendo da composição e do ciclo térmico efetivo.

A barra de Jominy também possui um gradiente térmico, mas trata-se de um gradiente longitudinal deliberadamente estabelecido. A extremidade temperada recebe o arrefecimento direto mais intenso, enquanto as posições mais afastadas arrefecem progressivamente mais devagar. Um componente real apresenta normalmente gradientes em mais do que uma direção. O calor pode fluir radialmente do núcleo para a superfície, axialmente em direção a uma extremidade e através de elementos adjacentes. Um canto pode perder calor através de várias faces. Um furo pode alterar o percurso de arrefecimento a partir do interior, enquanto o contacto com um dispositivo de fixação pode restringir localmente o fluxo de calor ou proporcionar outro dissipador térmico.

Esta diferença faz com que a dimensão da secção seja mais do que uma simples correção dimensional. Dois locais à mesma distância de uma superfície exterior podem ter históricos de arrefecimento diferentes se um estiver próximo de um canto e o outro no centro de uma secção espessa. O centro de uma barra cilíndrica, por exemplo, não é equivalente a um ponto próximo da superfície apenas porque ambos pertencem à mesma qualidade de aço. Do mesmo modo, o centro de um componente de grandes dimensões não é automaticamente representado pela extremidade mais afastada de uma curva de Jominy. A geometria do componente determina o campo de fluxo de calor, e a têmpera determina a rapidez com que esse campo perde calor.

A composição e o tamanho de grão da austenite continuam a ser variáveis iniciais importantes. A ASM International identifica ambos como influências primárias na temperabilidade. A temperatura de austenitização, o tempo de manutenção, a microestrutura inicial e o crescimento do grão também podem alterar a resposta à transformação apresentada à têmpera. Consequentemente, um resultado de Jominy obtido numa determinada condição de tratamento térmico não deve ser dissociado dessa condição quando é aplicado a um componente.

A condição superficial acrescenta outra complicação. A carepa, a descarburação, as marcas de maquinagem, os revestimentos e os resíduos podem alterar o contacto entre o aço e o meio de têmpera. Uma superfície descarburada pode apresentar uma dureza medida inferior, mesmo quando o aço subjacente tem uma resposta substancialmente diferente. Uma superfície rugosa ou contaminada pode reter vapor ou reduzir o contacto com o líquido durante a têmpera. A dureza medida depois de remover por maquinagem essa camada pode, portanto, diferir da dureza medida diretamente na superfície no estado temperado.

Meio de têmpera e severidade da têmpera

A água do dispositivo de Jominy não é um símbolo genérico de «têmpera rápida». O caudal, a temperatura, a pressão, o alinhamento e a área exposta do jato são controlados porque afetam a transferência de calor na extremidade temperada. As partes opostas do provete arrefecem ao ar. Um componente de produção pode, em alternativa, ser imerso em água agitada, solução de polímero, óleo, sal fundido ou outro meio, produzindo cada um destes meios um percurso de arrefecimento diferente.

A severidade da têmpera descreve a capacidade de um sistema de têmpera para extrair calor relativamente a uma condição de referência. Depende do meio, mas também da agitação, da temperatura do fluido, da circulação, da orientação da peça, do comportamento do filme de vapor e da relação entre a superfície exposta e o volume. Um líquido estacionário em torno de uma peça de grandes dimensões pode remover calor com muito menos eficácia do que um líquido em movimento em torno de uma peça pequena. Mesmo num só tanque, as superfícies voltadas para um fluxo intenso podem arrefecer de forma diferente das superfícies protegidas.

A agitação é especialmente importante durante a fase inicial da têmpera, quando se pode formar um manto de vapor em torno do aço quente. O movimento pode romper esse manto e renovar o contacto com o líquido mais frio. No entanto, se a peça for transferida lentamente do forno, começa a arrefecer antes do início da têmpera pretendida. O tempo de transferência faz, portanto, parte do histórico térmico e não é apenas um pormenor de manuseamento. Um atraso de duração desconhecida torna difícil comparar uma têmpera nominalmente idêntica com a condição de Jominy.

O meio também pode criar diferenças locais numa mesma peça. Um veio vertical pode drenar o fluido de forma diferente de um veio horizontal. Um furo cego pode reter vapor. Canais estreitos podem restringir o fluxo, enquanto faces planas de grandes dimensões podem gerar filmes de vapor persistentes. Estes efeitos podem causar uma dispersão da dureza que uma única curva de Jominy não consegue revelar.

Por este motivo, não se pode atribuir a um aço com uma determinada dureza Jominy a uma distância selecionada uma dureza garantida no componente apenas com base na distância. A curva indica como o material responde a uma gama conhecida de condições de arrefecimento. Não especifica a velocidade de arrefecimento num determinado local do componente, nem estabelece que esse local formará a mesma microestrutura que a posição correspondente no provete de Jominy.

Relacionar a resposta laboratorial com os locais do componente

A questão prática não é «Que dureza tem esta qualidade?», mas sim «Que histórico de arrefecimento receberá este local e que dureza e microestrutura produz o aço sob esse histórico?». Uma curva de Jominy fornece parte da resposta. A avaliação do componente tem de fornecer o restante.

Os engenheiros estimam habitualmente as condições locais de arrefecimento a partir da geometria da secção e da prática de têmpera, comparando depois essas condições com dados normalizados de temperabilidade ou utilizando um método baseado na dimensão da secção, como a abordagem de Grossman. A comparação deve preservar a distinção entre a resposta do material e o resultado do processo. Os dados de Jominy descrevem a primeira; o percurso de arrefecimento calculado ou medido estabelece a ligação com o segundo.

Os locais devem ser considerados individualmente. A superfície de um veio espesso pode arrefecer suficientemente depressa para se tornar predominantemente martensítica, enquanto o seu centro desenvolve uma estrutura mista e uma dureza inferior. Uma nervura fina pode endurecer em toda a sua secção, enquanto um cubo próximo pode não endurecer. Um raio de concordância pode arrefecer mais rapidamente do que o corpo adjacente, enquanto um rebaixo roscado ou um furo cego pode arrefecer mais lentamente devido à restrição do movimento do fluido. Para verificar estas previsões, podem ser necessários perfis de dureza, amostras metalográficas, termopares ou cálculos validados de transferência de calor.

O local relevante também é definido pela especificação. Um desenho pode exigir a dureza à superfície, a uma profundidade especificada ou no centro de uma secção de referência. Estes são pontos de aceitação diferentes. Medir apenas a face exposta mais acessível pode não detetar um núcleo macio ou uma aresta localmente demasiado dura.

A curva de Jominy é, portanto, uma ferramenta comparativa da resposta do material, e não uma garantia de que todos os locais de uma peça atingirão uma determinada dureza. A ASTM A255-20 e a ISO 642:2024 tornam o ensaio repetível através do controlo da geometria do provete e das condições de arrefecimento. A aplicação responsável dos seus resultados exige que esses dados sejam relacionados com a espessura da secção, a geometria, o estado superficial, o tempo de transferência, o meio de têmpera, a agitação e o histórico térmico local do componente. Um valor de dureza só adquire significado quando também se compreende o percurso de arrefecimento que lhe deu origem.

Interpretações comuns e erros de comunicação de resultados

Considerar que a temperabilidade é o mesmo que a dureza

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

Esta distinção é importante porque o teor de carbono afeta fortemente a dureza que a martensite pode atingir, enquanto os elementos de liga e o tamanho de grão da austenite afetam fortemente a severidade de arrefecimento necessária para formar essa martensite. A ASM International identifica a composição do aço e o tamanho de grão da austenite como influências primárias na temperabilidade (ASM International, 1990). Um aço com elevado teor de carbono pode apresentar uma dureza muito elevada próximo da extremidade temperada, mas perder dureza rapidamente a uma curta distância. Um aço ligado com menor teor de carbono pode apresentar uma dureza máxima inferior, mas manter uma dureza útil a uma distância maior da superfície temperada. Considerar que o primeiro aço tem “maior temperabilidade” apenas porque a sua dureza na extremidade é superior confunde o potencial de dureza com a profundidade de endurecimento.

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

Por conseguinte, o teor de carbono deve ser tido em consideração ao interpretar um valor baixo a uma distância maior da extremidade. Uma diminuição de 60 HRC próximo da extremidade para 35 HRC a uma distância especificada não tem o mesmo significado num aço de médio teor de carbono e num aço de baixo teor de carbono. A interpretação também depende de a região medida conter martensite, bainite, perlite ou uma mistura destas estruturas, bem como da escala de dureza utilizada. Um único valor de dureza não permite identificar a microestrutura transformada nem estabelecer a profundidade à qual se mantém a dureza exigida.

Partir do princípio de que a extremidade temperada representa todo o aço

A extremidade temperada é a parte de um provete Jominy que arrefece mais rapidamente, e não uma média representativa de toda a barra. Na configuração normalizada, uma extremidade é exposta a um jato de água, enquanto o restante provete arrefece ao ar. Isto cria uma gama contínua de velocidades de arrefecimento ao longo do provete, desde um arrefecimento severo na extremidade até um arrefecimento progressivamente mais lento à medida que aumenta a distância. A University of Cambridge descreve este gradiente como a base física do ensaio (2012), enquanto o procedimento da University of Illinois especifica o aquecimento de um provete cilíndrico até à sua temperatura de austenitização, a têmpera de uma extremidade com um jato de água e a medição da dureza a distâncias crescentes (2024).

Esta configuração torna a extremidade útil, mas limitada. Ela fornece um ponto de referência para a maior severidade de arrefecimento do ensaio e, geralmente, produz a dureza mais elevada ao longo da faixa de medição preparada. Não prova que uma grande secção de produção endurecerá até à mesma profundidade. O tamanho da secção, a geometria da peça, o estado da superfície, a prática de tratamento no forno, o tempo de transferência, a agitação do meio de têmpera e o histórico real de arrefecimento podem diferir da configuração Jominy. Uma curva Jominy representa uma resposta controlada do material, e não um mapa direto da dureza para todos os componentes possíveis.

Além disso, uma dureza elevada na extremidade não prova uma temperabilidade profunda. A extremidade pode arrefecer suficientemente depressa para formar uma estrutura dura, mesmo num aço cujo interior se transformaria em produtos mais macios durante um arrefecimento mais lento. A evidência de uma temperabilidade profunda provém da forma e da persistência da curva: da dureza que se mantém a uma distância especificada à medida que o arrefecimento se torna menos severo. A distância relevante deve ser identificada e o critério de dureza exigido deve ser definido.

Também é comum ocorrer o erro oposto. Uma dureza baixa a uma distância maior da extremidade não constitui automaticamente evidência de má qualidade do aço ou de um ensaio inválido. Pode refletir o teor de carbono do aço, o tamanho de grão da austenite, o teor de elementos de liga, o tratamento de austenitização ou a formação de uma mistura mais macia nessa localização. O tratamento da ASM sobre aços de carbono e de baixa liga define a temperabilidade como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera (ASM International, 1990). “Distribuição” é a palavra importante: a variação ao longo do provete é o resultado, e não uma complicação indesejada a ignorar.

Uma curva Jominy só pode fundamentar estimativas relativas ao componente quando combinada com um modelo de arrefecimento adequado, um método baseado na dimensão da secção ou uma correlação validada. Limited evidence

Uma curva Jominy pode estabelecer uma resposta comparativa ao endurecimento nas condições do procedimento de ensaio. Por si só, não pode estabelecer o perfil final de dureza de uma peça temperada em óleo, polímero, gás ou outro meio. A conversão de um resultado Jominy numa dureza estimada do componente exige um método declarado e pressupostos relativos à geometria e ao arrefecimento.

Comunicar um resultado sem indicar a norma e as condições do ensaio

Um resultado Jominy sem a indicação da norma de ensaio e das respetivas condições é incompleto. A designação “dureza Jominy a 10 mm” não fornece informação suficiente para uma comparação fiável, a menos que o relatório também identifique a geometria do provete, o tratamento de austenitização, a configuração da têmpera, o método de medição da dureza e a convenção utilizada para determinar a distância.

A ASTM A255-20 especifica o ensaio de têmpera pela extremidade com um provete cilíndrico de 1 polegada de diâmetro (ASTM International, 2020). A ISO 642:2024 especifica um provete de aço para ensaio de têmpera pela extremidade com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento (International Organization for Standardization, 2024). Essas dimensões são próximas em termos de diâmetro, mas não são permutáveis apenas porque ambos os procedimentos são designados ensaios Jominy. Um relatório deve indicar a norma aplicável, como ASTM A255-20 ou ISO 642:2024, em vez de utilizar a expressão “Jominy normalizado” como se existisse apenas um procedimento.

O tratamento térmico também deve ser comunicado. Este inclui a designação do aço, o estado do provete, a temperatura de austenitização, o tempo de manutenção, a atmosfera do forno, quando relevante, e o tempo de transferência para a têmpera. A configuração do jato de água, a temperatura da água ou o intervalo especificado, o estado do bocal e a duração da têmpera podem afetar o histórico de arrefecimento. Se o ensaio se afastar da norma indicada, esse desvio deve constar do resultado.

Os dados de dureza exigem igual precisão. Deve ser indicado se as medições são HRC, HRB, HBW, HV ou realizadas noutra escala; deve ser identificado o instrumento ou método, quando exigido; e devem ser registados o espaçamento e a preparação da faixa de medição da dureza. “10 mm da extremidade” deve significar a distância medida a partir da face temperada ao longo da superfície especificada, e não uma posição não definida no provete. Se uma norma definir uma margem de retificação, uma face plana ou uma linha de medição específica, esse pormenor deve ser mantido.

Por fim, deve ser comunicada a curva completa ou os pares individuais distância–dureza, e não apenas a leitura mais elevada. Deve incluir-se a identificação do provete e, quando disponível, a composição química ou a designação da qualidade do aço. Uma declaração defensável poderia ser: “Temperabilidade Jominy por têmpera pela extremidade ensaiada segundo a ASTM A255-20, num provete com 1 polegada de diâmetro, austenitizado à temperatura especificada, temperado com água numa extremidade e medido em HRC às distâncias normalizadas.” Sem essas condições, o valor é uma observação de dureza desligada do histórico de arrefecimento que confere significado à temperabilidade.

Como especificar e documentar um resultado de temperabilidade

Um resultado de temperabilidade só é significativo quando o aço, o provete, o ciclo térmico, a têmpera, o método de medição e o formato de apresentação dos resultados são identificados em conjunto. Um valor de dureza sem essa informação descreve uma condição medida; não estabelece até que profundidade ou com que uniformidade o aço pode temperar. A ASTM A255-20 define a temperabilidade como a profundidade até à qual o aço endurece quando é temperado, enquanto o capítulo da ASM sobre aços ao carbono e de baixa liga a descreve como a propriedade que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida pela têmpera. O registo deve, por conseguinte, preservar o historial completo do ensaio, e não apenas o valor mais elevado obtido junto da extremidade temperada.

Identificação obrigatória do material e do tratamento térmico

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

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

Identifique a orientação e a localização do provete no interior do produto quando esses pormenores afetarem a interpretação. O centro de uma barra, uma amostra da superfície, uma secção forjada e uma secção laminada podem não representar o mesmo historial térmico ou de deformação. Registe se o provete foi maquinado diretamente a partir do produto fornecido ou produzido separadamente a partir da mesma corrida.

O registo da austenitização deve indicar o forno ou método de aquecimento, a temperatura-alvo, o intervalo de temperatura efetivamente atingido, o tempo de permanência e a base utilizada para determinar esse tempo, como o período contado depois de o provete ter atingido a temperatura. Inclua a atmosfera do forno ou a proteção utilizada, uma vez que a oxidação, a descarburação e a cementação podem alterar o perfil de dureza. Registe se o provete foi colocado num forno previamente aquecido ou aquecido juntamente com o forno, e anote qualquer carepa visível ou dano superficial. Estes pormenores são importantes na extremidade temperada, onde uma pequena camada descarburada pode distorcer as primeiras leituras de dureza.

Norma, geometria e pormenores da têmpera

Indique a norma de ensaio e a respetiva edição em todos os relatórios. A ASTM A255-20 especifica o ensaio quantitativo de têmpera pela extremidade, ou ensaio Jominy, utilizando um provete cilíndrico com 1 polegada de diâmetro. A ISO 642:2024 especifica um provete de aço para o ensaio de têmpera pela extremidade com 25 mm de diâmetro e pelo menos 100 mm de comprimento. Embora estas designações sejam próximas em termos de dimensão prática, não constituem instruções permutáveis. O relatório deve indicar se o trabalho seguiu a ASTM A255-20, a ISO 642:2024 ou um procedimento de cliente ou nacional derivado de uma delas.

Registe as dimensões do provete tal como foram efetivamente medidas, incluindo o diâmetro, o comprimento, a preparação da extremidade, os chanfros e o estado da face temperada. Se as dimensões diferirem das indicadas na norma, documente o desvio antes de apresentar o resultado como conforme à norma. O relatório deve também identificar o número do provete e, quando forem ensaiadas várias peças, distinguir cada curva, em vez de as calcular silenciosamente como uma média.

A disposição da têmpera deve ser descrita com pormenor suficiente para permitir reconstruir o historial de arrefecimento. O procedimento da University of Illinois aquece um provete cilíndrico até à temperatura de austenitização e tempera uma extremidade com um jato de água. A University of Cambridge explica por que razão esta disposição produz um perfil útil: a extremidade temperada arrefece rapidamente, enquanto o restante provete arrefece ao ar, criando ao longo da barra uma gama contínua de velocidades de arrefecimento. Indique qual foi a extremidade temperada, como o provete foi apoiado e a origem e o estado da água. Registe a temperatura do jato, as informações relativas ao bico ou orifício, a pressão ou o caudal da água quando especificados, o alinhamento do jato e a distância entre o bico e a extremidade do provete. Registe também o tempo decorrido entre a remoção do forno e o início da têmpera com água.

Não descreva o resultado simplesmente como “temperado em água”. A temperatura da água, a estabilidade do caudal, a forma do jato, a posição do provete e o atraso na transferência podem alterar a resposta ao arrefecimento. O relatório deve indicar se a disposição foi verificada antes do ensaio e se ocorreu alguma interrupção, projeção de água, desalinhamento ou evento anormal de arrefecimento. Um desvio não implica automaticamente que o ensaio tenha falhado, mas deve ser visível para qualquer pessoa que avalie o resultado.

O ciclo térmico e o registo da têmpera devem estar associados à identificação do material através de um número de ensaio único. Essa ligação impede que uma curva seja separada das respetivas condições de tratamento térmico quando os resultados são copiados para uma folha de cálculo ou um certificado.

Dados de dureza, apresentação da curva e rastreabilidade

Após a têmpera, identifique o método de dureza, a escala, o instrumento, o penetrador, a carga, o estado de calibração e a preparação da superfície de ensaio. O relatório deve indicar se as leituras foram efetuadas em Rockwell C, Rockwell B, Vickers ou noutra escala permitida; indicar apenas “dureza” é incompleto. Registe a identificação do instrumento e o estado da sua verificação, sobretudo quando os resultados forem utilizados para aceitação.

O método Jominy mede a dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada. A Materials Education Foundation descreve esta resposta dependente da distância como a base para determinar a temperabilidade do aço. Indique o ponto de referência correspondente à distância zero, a preparação do lado de medição e todos os locais de medição. As distâncias devem incluir unidades e ser apresentadas tal como foram medidas, e não inferidas a partir de um modelo genérico. Se a superfície tiver sido retificada ou maquinada antes do ensaio, registe a quantidade removida e a direção da preparação.

Apresente as leituras brutas numa tabela antes de qualquer curva suavizada ou ajustada. Uma tabela útil inclui o número do provete, a distância à extremidade temperada, o valor de dureza, a escala de dureza, as leituras repetidas, a média quando calculada e as observações. Se tiverem sido medidas faces opostas ou várias pistas, identifique cada pista. Não oculte a dispersão apresentando apenas uma média. Uma curva deve representar a dureza no eixo vertical e a distância à extremidade temperada no eixo horizontal, com unidades, escala, identificação do provete, norma de ensaio e escala de dureza na legenda. Se tiver sido utilizada interpolação, adaptação de curvas ou conversão entre escalas de dureza, indique o método e conserve as leituras originais.

A curva mostra a resposta de dureza produzida pelo historial documentado de têmpera pela extremidade. Por si só, não estabelece a dureza num determinado componente de produção, não garante uma microestrutura nem prevê o desempenho após uma têmpera, dimensão de secção ou tratamento de revenido diferente. A composição, o tamanho do grão austenítico, a geometria do provete, o tempo de transferência e as condições de têmpera afetam todos a interpretação. Um único valor de dureza, mesmo que obtido na extremidade temperada, não pode substituir o registo distância-versus-dureza.

Por fim, identifique o critério de aceitação separadamente do resultado medido. A ASTM A255-20 e a ISO 642:2024 fornecem estruturas para o ensaio; a especificação aplicável ao material, o desenho, o requisito de compra ou o documento do cliente determina se uma curva ou um valor tabelado é aprovado. O relatório deve citar esse requisito e a respetiva revisão, quando aplicável. Se não estiver especificado qualquer limite de aceitação, indique que o resultado é descritivo e não invente uma dureza mínima, uma distância máxima, uma classificação do grau ou uma conclusão de aprovação/reprovação. Conserve o ficheiro original do instrumento, o registo de calibração, o registo do tratamento térmico, as fotografias do provete quando relevantes, a tabela de dados brutos, a curva representada, a identificação do operador, a data do ensaio e os desvios sob o mesmo número de ensaio rastreável.

Limites do método de Jominy

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

Uma curva de Jominy responde, portanto, a uma pergunta definida: como varia a dureza com a distância a partir de uma extremidade de um provete normalizado após um historial térmico especificado? Não fornece um único valor independente da geometria para indicar “quão duro” é um aço. Também não garante que uma peça de produção desenvolva o mesmo perfil de dureza.

O que o arrefecimento unidimensional pode representar

O ensaio começa com o aquecimento do provete cilíndrico até à temperatura de austenitização especificada. Em seguida, uma extremidade é temperada por um jato de água, enquanto o restante da barra arrefece ao ar. A University of Illinois descreve esta sequência como a base do ensaio (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024); a University of Cambridge explica que ela cria um intervalo contínuo de velocidades de arrefecimento ao longo da barra (University of Cambridge, 2012). Perto da extremidade temperada, o calor é removido rapidamente. Mais longe, o calor tem de ser conduzido em direção à extremidade arrefecida e dissipado através da superfície exposta, pelo que a velocidade de arrefecimento diminui progressivamente.

Esta configuração é útil porque um único provete abrange várias severidades de arrefecimento. A curva resultante de dureza em função da distância pode mostrar se um determinado tipo de aço conserva a dureza martensítica a maior distância da extremidade temperada, onde se tornam mais prováveis produtos de transformação como a bainite ou a ferrite e a perlite. Mostra também a distribuição da resposta, em vez de uma única leitura de dureza. Por isso, uma dureza baixa numa posição distante não pode ser interpretada como prova de que o aço era “macio” antes da têmpera; pode indicar que a velocidade de arrefecimento local foi insuficiente para impedir a transformação por difusão.

O campo térmico unidimensional é uma aproximação. Um componente real arrefece através de várias superfícies, pode conter cantos, orifícios, ressaltos, rasgos de chaveta ou interfaces de contacto, e pode estar sujeito a uma agitação que varia com a orientação. O seu centro pode permanecer quente enquanto a superfície já está a transformar-se. O fluxo de calor pode ser radial, axial ou fortemente tridimensional. Uma barra Jominy não possui nenhuma dessas condições de fronteira específicas do componente.

O ensaio também não reproduz o historial exato de arrefecimento de uma têmpera em óleo, polímero, salmoura, gás ou de uma têmpera interrompida. Um jato de água dirigido a uma extremidade impõe uma condição de fronteira específica; não é um substituto universal para um tanque, um sistema de pulverização, um gás pressurizado ou uma têmpera por etapas. A curva pode comparar corridas de produção, composições e condições do tamanho de grão da austenite quando o procedimento é mantido constante, mas converter diretamente a distância ao longo da barra numa localização no componente requer uma análise térmica ou uma correlação validada.

A composição e o tamanho do grão da austenite são fatores de grande importância. A ASM identifica ambos como influências primárias na temperabilidade (ASM International, 1990). Consequentemente, um resultado de Jominy também é sensível ao processamento anterior do provete, ao crescimento do grão durante a austenitização e à composição química efetiva do aço. A simples designação de um tipo de aço não elimina essas variáveis.

Sensibilidade à preparação e à medição

O método de Jominy condensa muitas decisões metalúrgicas num ensaio que parece simples. O provete deve ter as dimensões e o estado superficial especificados, ser aquecido uniformemente, atingir o estado austenítico pretendido e ser transferido rapidamente para o dispositivo de têmpera. Atrasos, descarbonetação, oxidação, temperatura incorreta do forno ou alteração do tempo de manutenção podem modificar a resposta à transformação antes mesmo de o jato de água começar.

A preparação da superfície após a têmpera é igualmente importante. As leituras de dureza são normalmente efetuadas a distâncias crescentes da extremidade temperada, numa superfície plana preparada ou numa pista maquinada. Se a retificação provocar o sobreaquecimento da superfície, se permanecer calamina ou se a indentação for colocada demasiado perto de uma impressão anterior ou de uma aresta, o valor medido pode não representar o aço subjacente. O método de leitura também é importante: as escalas Rockwell, Vickers ou outras não podem ser trocadas casualmente sem ter em conta os requisitos da norma e os limites de conversão aplicáveis.

Os pequenos erros tornam-se especialmente visíveis numa parte inclinada da curva. Um ligeiro erro na distância pode associar um valor de dureza à posição de arrefecimento errada, enquanto a dispersão das medições de indentação pode fazer com que uma região quase plana pareça inclinada. Comunicar apenas a dureza máxima, ou apenas o valor a uma determinada distância, elimina a distribuição que torna o método útil. A Materials Education Foundation descreve o ensaio como uma medição da dureza a distâncias crescentes da extremidade temperada para determinar a temperabilidade (Materials Education Foundation, 2024). As várias leituras não são um elemento decorativo opcional; são a evidência.

Uma curva também precisa de contexto. O relatório deve identificar a norma utilizada, as dimensões do provete, as condições de austenitização, o meio e a configuração de têmpera, a escala de dureza, as posições de medição e quaisquer desvios em relação ao procedimento. A comparação entre uma curva produzida segundo a ASTM A255-20 e outra produzida segundo a ISO 642:2024 só será razoável depois de confirmar que as condições relevantes e as convenções de comunicação dos resultados são equivalentes. “Valor Jominy” sem essa informação é incompleto.

Quando é necessário outro método de avaliação

A análise de Grossman é adequada quando a questão de engenharia diz respeito à interação entre a temperabilidade do aço e a severidade da têmpera. Combina a resposta intrínseca de um aço com a severidade de arrefecimento de um meio de têmpera especificado, frequentemente expressa através de um fator $H$, para estimar a dureza ou a profundidade transformada numa determinada geometria. Uma curva de Jominy descreve a resposta ao longo do seu próprio provete; a análise de Grossman acrescenta um modelo da têmpera e da geometria. Não transforma o resultado de Jominy numa medição direta de uma peça de produção.

Os ensaios de temperabilidade ao ar abordam um problema diferente. Para aços destinados a endurecer em ar parado ou forçado, um ensaio de arrefecimento ao ar pode mostrar a dureza e a microestrutura produzidas por esse percurso de arrefecimento. O seu resultado não é permutável com uma curva de têmpera final em água, porque o provete é sujeito a um historial térmico e a uma condição de transferência de calor superficial diferentes. A escolha deve seguir o processo efetivamente utilizado.

Os ensaios do processo tornam-se necessários quando o carregamento do forno, o tempo de transferência, a agitação, a proteção de determinadas zonas, os dispositivos de fixação, o controlo da deformação ou a interrupção da têmpera podem afetar o resultado. Um ensaio com peças representativas pode revelar efeitos que uma barra normalizada não consegue reproduzir. Mesmo assim, a dureza deve ser medida em locais relacionados com o requisito de projeto, e pode ser necessário um exame metalográfico para distinguir a martensite da bainite, da ferrite, da perlite ou de estruturas revenidas.

Para componentes críticos, a qualificação deve ser específica do componente. Uma cambota, uma engrenagem, um veio ou uma chapa espessa podem exigir termopares, perfis de dureza, verificações da microestrutura, medições das tensões residuais ou da deformação e têmperas repetidas representativas da produção. O ensaio de Jominy continua a ser valioso para comparar aços segundo um procedimento comum, mas constitui evidência sobre uma resposta normalizada — não uma dispensa da validação.

Referências

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