O que acontece com um parafuso comum classe 8.8 em alta temperatura

Quando o equipamento ultrapassa 300 °C, os parafusos 8.8 e 10.9, perfeitos à temperatura ambiente, começam a "falhar", sobretudo em quatro modos:

• Fluência: acima da temperatura de recristalização, mesmo com tensão inferior ao escoamento, o parafuso se alonga plasticamente lentamente ao longo do tempo, e a pré-carga se esvai pouco a pouco.
• Relaxamento de tensão: o parafuso é mantido em comprimento fixo; a tensão elástica se converte, com o tempo, em deformação por fluência, e a força de aperto cai.
• Amolecimento por revenimento: o limite inferior de revenimento da classe 8.8 é 425 °C; em serviço prolongado próximo ou acima dessa temperatura, a estrutura revenida se revene novamente, e resistência e dureza caem juntas.
• Oxidação e corrosão térmica: em alta temperatura, a carepa superficial descasca, a rosca apreende, e na próxima desmontagem o conjunto trava por completo.

Por isso, o parafuso de alta temperatura não pode usar a classe de temperatura ambiente; deve ser selecionado por uma norma específica material-temperatura. Um erro comum é usar parafuso de aço-carbono classe 8.8 no coletor de exaustão a 400 °C; após três meses de operação, o flange começa a vazar — não é que o parafuso tenha quebrado, é que a fluência relaxou a pré-carga até zerar.

Que faixa de temperatura a GB/T 3098.8 cobre

A GB/T 3098.8-2010 Propriedades mecânicas de fixadores – Peças de união parafusada para uso a -200 °C a +700 °C foi feita justamente para regimes de alta e baixa temperatura, adotando idêntica a DIN EN 10269 Aços para fixadores a alta e baixa temperatura. A norma divide a temperatura de uso em dois limites de avaliação: temperatura máxima de curta duração (resistência térmica breve) e temperatura máxima de longa duração (temperatura de serviço prolongado), e inclui requisitos de tenacidade de materiais austeníticos a baixa temperatura de -200 °C. A ela se associa a GB/T 3098.24-2020 Parafusos, parafusos de pressão, tirantes e porcas de aço inoxidável e ligas de níquel resistentes ao calor e a alta temperatura, que cobre graus de inox e ligas de níquel para temperaturas ainda mais altas.

Qual material escolher em cada faixa: consulta ao Anexo A

A Tabela A.1 do Anexo A (informativo) da GB/T 3098.8-2010 apresenta os graus-padrão chineses dos aços para fixadores de alta / baixa temperatura em correspondência com a DIN EN 10269; em campo, consulta-se diretamente pela temperatura de serviço prolongado:

Em linguagem simples: abaixo de 500 °C basta o aço cromo-molibdênio (35CrMo, 42CrMo); entre 500 e 600 °C é preciso subir para o aço Cr-Mo-V (25Cr2MoV, 35CrMoV); acima de 600 °C é obrigatório migrar para aços inoxidáveis austeníticos resistentes ao calor e ligas de níquel.

Acima de 600 °C: aço inoxidável austenítico e liga de níquel

Subindo mais a temperatura, o aço resistente ao calor ferrítico já não suporta a fluência; o Anexo A apresenta três opções de alta gama:

• X7CrNiMoBNb16-16 (classe S): aço austenítico, até 650 °C breve e 670 °C longo, dureza da porca cerca de 270–272 HV, usado em turbinas a gás e caldeiras.
• GH2132 (X6NiCrTiMoVB25-15-2, classe SD): de -196 °C (criogênico) até 650 °C, dureza 287–367 HV, conciliando tenacidade a baixa temperatura e resistência a alta temperatura.
• GH4080A (NiC20TA, liga de níquel classe SB): de -196 °C a 650 °C longo e 800 °C breve, dureza 320–417 HV; é o material de nível de parafusos principais de motores aeronáuticos e de usinas nucleares.

Cuidados com o par parafuso-porca em alta temperatura

• Temperatura de aperto: parafusos de alta temperatura devem ser apertados a quente na temperatura de serviço, ou com reserva de relaxamento calculada; no início da operação, o reaperto deve ser periódico.
• Anti-apreensão: parafusos de inox de alta temperatura e ligas de níquel apreendem com facilidade na montagem; deve-se aplicar composto anti-apreensão (como prateação ou filme seco de dissulfeto de molibdênio) e controlar a velocidade de aperto.
• Marcação: fixadores fabricados com material de tenacidade a frio ou resistência a alta temperatura devem marcar o grupo do aço e a classe de propriedade conforme a Tabela 1, ou a sigla do material conforme a Tabela 2, por exemplo LM30×200-TB-A4-70-oxidado.
• Lado criogênico: a -196 °C (nitrogênio líquido, GNL), escolha GH2132 ou X12Ni5; o aço-carbono comum sofre fratura frágil a baixa temperatura.
• A pré-carga de projeto deve ser descontada: a resistência ao escoamento cai com a temperatura em serviço; a pré-carga de projeto deve ser recalculada com base no escoamento à temperatura de operação, não se copiando diretamente os dados de temperatura ambiente.

Tabela de consulta rápida