Fragilização por Revenimento: A Armadilha de 375–575 °C em Aços Cr-Mo

O fenômeno

A fragilização por revenimento é uma perda de tenacidade ao impacto que se desenvolve quando certos aços-liga são mantidos em, ou resfriados lentamente através de, aproximadamente a faixa de 375–575 °C. As propriedades de tração e a dureza do aço quase não mudam — uma peça pode passar em todos os ensaios de rotina e ainda ser frágil à temperatura ambiente, com a temperatura de transição dúctil-frágil deslocada acentuadamente para cima. Ela é mais conhecida em aços ao cromo e Cr-Mo, incluindo as famílias 2.25Cr-1Mo e Cr-Mo-V usadas para vasos de pressão, rotores e parafusos pesados.

O mecanismo: impurezas nos contornos de grão

A fragilização não é causada pelos principais elementos de liga em si. Impurezas traço — principalmente fósforo, estanho, antimônio e arsênio — segregam para os contornos de grão da austenita prévia enquanto o aço permanece na faixa crítica, enfraquecendo os contornos de modo que a fratura corre entre os grãos. Manganês e cromo promovem a segregação; molibdênio em quantidades moderadas a retarda, o que é uma das razões pelas quais o Mo aparece em tantas classes para vasos de pressão.

Duas características decorrem do mecanismo:

• Ela é reversível. Reaquecer acima da faixa (e resfriar razoavelmente rápido) redissolve a segregação e restaura a tenacidade — daí "fragilização reversível por revenimento", distinta da fragilização unidirecional da martensita revenida a temperaturas mais baixas.
• Ela depende do tempo. Passagens curtas pela faixa causam pouco dano; manutenções longas, resfriamento lento em forno de seções pesadas e anos de serviço dentro da faixa acumulam dano.

Como as especificações a combatem

Como a causa é a química, a defesa está escrita nos requisitos de compra:

• Limites de impurezas — refinadores controlam P, Sn, Sb e As em níveis baixos, e compradores de forjados críticos especificam parâmetros combinados de fragilização (as fórmulas amplamente utilizadas de fator J e X-bar ponderam esses elementos juntos) no pedido de compra.
• Prática de revenimento — revenir acima da faixa onde possível e evitar resfriamento lento através dela em seções pesadas; ciclos de ensaio de resfriamento escalonado são usados para qualificar material para vasos que viverão na faixa.
• Aceitação por ensaio de impacto — requisitos de temperatura de transição Charpy, às vezes após um ciclo simulado de fragilização, verificam a tenacidade real em vez de presumí-la.

Leitura prática

Se um componente Cr-Mo passou por longo serviço a 400–550 °C e precisa ser avaliado, a dureza sozinha nada diz sobre sua tenacidade. Por outro lado, um forjado novo que atende a limites apertados de impurezas e é revenido corretamente não está "em risco" meramente porque sua temperatura de revenimento foi escolhida próxima à faixa — o fenômeno precisa das impurezas, da temperatura e do tempo juntos.

Como ela é detectada

Como a dureza e a resistência à tração permanecem normais, a fragilização por revenimento é encontrada por ensaio de impacto Charpy — especificamente pelo deslocamento na temperatura de transição dúctil-frágil comparado com a condição não fragilizada. A tenacidade medida a uma única temperatura pode enganar; a curva de transição é a evidência. Onde o histórico de um componente é suspeito, amostras trepanadas da peça ou prolongamentos do forjado original são ensaiados, às vezes após um reaquecimento de desfragilização para confirmar o diagnóstico: se a tenacidade retorna após o reaquecimento e o resfriamento rápido, a fragilização por revenimento — e não dano permanente como fluência ou ataque por hidrogênio — era a causa.