Engrenagens Fundidas: Adequações, Tratamentos Térmicos e Prevenção de Trincas

1. A Importância do Sobremetal

Na fundição de engrenagens, o planejamento do sobremetal é uma etapa crítica. O sobremetal é o volume adicional de material deixado intencionalmente no fundido para ser removido posteriormente na etapa de usinagem (onde os dentes e os encaixes serão definitivamente conformados e retificados).

Prever o sobremetal correto garante que a usinagem encontre material perfeitamente íntegro e sem descarbonetação superficial, além de compensar as contrações naturais do aço durante o resfriamento. Um sobremetal mal dimensionado pode inviabilizar a usinagem ou encarecer o processo drasticamente.

2. Tratamentos Térmicos

Para que a engrenagem suporte o serviço pesado, sua microestrutura precisa ser refinada e endurecida de maneira controlada. Na Fundição Mundial, utilizamos uma sequência clássica e altamente eficaz:

• Normalização: Aquece-se a peça acima da zona crítica e resfria-se ao ar. O objetivo é refinar e homogeneizar o grão do aço, aliviando tensões originadas na fundição.
• Têmpera: A peça é aquecida à temperatura de austenitização e, em seguida, resfriada rapidamente. Esse choque térmico forma a martensita, a estrutura mais dura e resistente do aço. É importante destacar que existem diferentes meios de resfriamento (têmpera em óleo ou em água), que são escolhidos dependendo estritamente do teor de carbono e da liga do material. O resfriamento incorreto pode levar a tensões que quebram a peça. Para garantir máxima eficiência, a Fundição Mundial conta com infraestrutura de ponta, incluindo um tanque de água de grande capacidade dedicado a 2 fornos de tratamento térmico de alta performance (API 6A).
• Revenimento: Após a têmpera, o aço fica extremamente duro, porém frágil e tensionado. O revenimento (um reaquecimento a temperaturas mais baixas) ajusta a dureza final e confere tenacidade, prevenindo quebras.

3. Ligas Comuns e Normas

Atender propriedades mecânicas como limite de escoamento, resistência à tração e alongamento exige o uso das ligas exatas e o respeito a normas internacionais. As ligas mais comuns para este segmento são:

• SAE-4140 e SAE-4340: Aços de alta resistência mecânica, largamente utilizados para engrenagens submetidas a severos esforços. Respondem excelentemente à têmpera e revenimento estrutural.
• ASTM A-148: Norma focada em peças fundidas de aço de alta resistência para aplicações estruturais pesadas, onde a relação entre tenacidade e limite de escoamento é rigorosamente exigida.
• SAE-8620 e o conceito de Cementação: O aço 8620 é um material de baixo carbono ideal para suportar núcleos tenazes. (Nota conceitual: A cementação é um tratamento termoquímico posterior, executado em fornos de atmosfera controlada, que enriquece a superfície do aço com carbono. Embora este seja o padrão industrial para essa liga, o serviço de cementação é uma etapa específica e externa à nossa rotina de fundição padrão).

4. Prevenção de Trincas

Muitas vezes, a engrenagem exige uma dureza extra apenas na região dos flancos (dentes), utilizando-se uma têmpera superficial posterior (por chama ou indução). É aqui que ocorre um dos erros mais comuns da indústria e que requer extrema atenção.

Antes de encaminhar a engrenagem já usinada para esta têmpera nos dentes, é essencial realizar um tratamento prévio de revenimento no núcleo. Submeter uma peça temperada e ainda tensionada ao choque térmico localizado da têmpera por indução quase certamente resultará em trincas na raiz do dente (onde a tensão concentra-se). O revenimento prévio equaliza as tensões, preparando a matriz do aço de forma correta e segura para receber o endurecimento superficial final.