Queimadura por atrito nos trilhos: causas, detecção e prevenção
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Queimadura por atrito é um defeito térmico que ocorre quando a superfície da cabeça do trilho superaquece durante o retificado ou o acabamento de soldas. O calor gerado pelo atrito eleva rapidamente a temperatura da superfície acima do limiar de transformação do aço, alterando a microestrutura da superfície do trilho, descolorindo-a por oxidação e — em casos graves — deixando microfissuras que podem evoluir para falhas por fadiga.
Como a retificação é realizada com precisão para estender Na vida útil dos trilhos, a queimadura de retificação é uma das falhas de qualidade mais graves que uma campanha de retificação pode causar. Este guia explica como a queimadura de retificação se forma, como é detectada e avaliada de acordo com as normas internacionais e — o mais importante para os planejadores de manutenção e prestadores de serviços — como a seleção correta do rebolo e o controle do processo podem evitá-la.
Resposta rápida
Queimadura por atrito trata-se de danos causados pelo calor na superfície da cabeça do trilho, decorrentes de temperatura excessiva durante o retificado — geralmente devido a pressão excessiva do disco, corte muito profundo, tempo de permanência muito longo ou um tipo de disco muito duro. Manifesta-se por meio de cores de oxidação que variam do tom de palha ao azul e altera a microestrutura do trilho: uma zona de têmpera amolecida ou uma “camada branca” reendurecida e frágil, às vezes com microfissuras. É detectado por meio de verificações visuais de cor, ataque com ácido, metalografia, ensaios de dureza ou análise de ruído de Barkhausen, e normas como a EN 13231-2:2020 não o aceitam no trilho acabado. A prevenção mais eficaz é o uso de um rebolo corretamente especificado, combinado com passadas leves e contínuas.
O que é queimadura por atrito?
A queimadura por retificação é um conjunto de alterações superficiais induzidas termicamente, causadas pelo excesso de calor durante a retificação abrasiva. Dependendo da temperatura máxima atingida na superfície da cabeça do trilho, ocorrem duas formas distintas:
| Formulário | Temperatura da superfície | O que acontece | Aparência típica |
|---|---|---|---|
| Queimadura por temperamento (amolecimento) | Abaixo da temperatura de austenitização (~720 °C para o aço perlitico para trilhos) | A camada superficial endurecida é revenida; a dureza e a resistência ao desgaste diminuem | Cores de oxidação: palha → roxo → azul → azul-escuro, dependendo da temperatura máxima e da espessura da camada de óxido |
| Queimadura por reendurecimento | Acima da temperatura de austenitização, seguida de um resfriamento rápido por si só | Uma camada fina e frágil de martensita não temperada (“camada branca”) se forma na superfície | Superfície clara ou incolor com uma camada branca e dura; propensa a microfissuras |
Para uma avaliação visual no local, as cores do óxido (têmpera) fornecem uma indicação aproximada da temperatura máxima atingida na superfície — valores aproximados para o aço perlitico utilizado em trilhos:
| Cor do tempero | Temperatura superficial máxima aproximada |
|---|---|
| Palha clara | ~220 °C |
| Palha escura / marrom | ~250 °C |
| Roxo | ~280 °C |
| Azul | ~300–320 °C |
| Azul-escuro / cinza | acima de ~330 °C |
A gravidade da queima por reendurecimento é mensurável em termos de dureza: enquanto o aço perlitico padrão para trilhos costuma apresentar valores entre 300 e 380 HV, a “camada branca” de martensita não temperada costuma apresentar valores na faixa de aproximadamente 600 a 800 HV — dura, mas frágil, e sem o suporte da microestrutura resistente subjacente. As camadas queimadas são finas — normalmente de algumas centésimas a algumas décimas de milímetro —, razão pela qual queimaduras superficiais podem, às vezes, ser removidas por reafiação, enquanto queimaduras mais profundas exigem a substituição do trilho.
Ambas as formas causam danos ao trilho. As zonas temperadas se desgastam mais rapidamente; as zonas reendurecidas são frágeis e racham sob cargas cíclicas das rodas. Queimaduras graves causadas pelo retificado geralmente são acompanhadas por micro-fissuras na superfície, que atuam como pontos de início para a fadiga por contato rolante (RCF), fragmentação e — nas juntas soldadas — falha prematura da solda.
Ponto-chave: A queimadura de retificação não é um problema estético. A descoloração azul ou azul-escura é apenas a evidência visível de uma alteração microestrutural subjacente; é por isso que as normas de aceitação a consideram um defeito passível de rejeição.
Por que a queimadura causada pelo esmerilhamento é importante
- Desgaste acelerado: As áreas amaciadas (têmperadas) perdem a dureza e se desgastam várias vezes mais rápido do que o trilho ao redor.
- Início da fadiga: A martensita reendurecida e as microfissuras provocam rachaduras em forma de V, desprendimento de material e deformações sob o tráfego.
- Integridade da solda: Em soldas por encaixe a quente e por termite, uma queimadura na solda ou nas proximidades dela compromete o projeto de resistência à fadiga da junta.
- Custo de retrabalho: Os trilhos queimados devem ser retificados com maior profundidade ou, quando a queimadura for profunda, recortados e soldados novamente — um trabalho de correção dispendioso que um processo de retificação adequado evita.
O que causa a queimadura por atrito?
A queimadura causada pelo atrito sempre se resume a um único mecanismo — calor gerado mais rapidamente do que pode ser dissipado — mas há cinco causas operacionais comuns que o desencadeiam:
- Pressão de retificação ou tempo de permanência excessivos. Pressionar a roda com muita força ou mantê-la no mesmo ponto por muito tempo concentra o calor em uma área pequena.
- Profundidade de corte excessiva por passagem. Tentar remover uma quantidade excessiva de metal em uma única passada multiplica a energia de atrito. As passadas preventivas devem remover pequenas quantidades controladas de metal.
- A dureza do disco é elevada demais para a aplicação. Um grau de dureza do disco muito alto não permite a liberação dos grãos abrasivos cegos; o disco vitrificado esfrega em vez de cortar, e o atrito gera calor em vez de remoção de metal.
- Abrasivo ou ligante inadequado. O tamanho do grão, o tipo de abrasivo e a composição do aglutinante que não sejam compatíveis com o aço do trilho e os parâmetros da máquina aumentam a energia específica de retificação.
- Má gestão do calor. A retificação sem líquido de refrigeração ou água para supressão de poeira, a alta velocidade periférica do rebolo ou a retificação contínua por muito tempo no mesmo ponto impedem a dissipação do calor.
As três primeiras causas podem ser controladas diretamente por meio de seleção do rebolo e disciplina do processo — e é por isso que a especificação das rodas é uma decisão técnica, e não uma mera formalidade de compra.
Como é detectada a queimadura por atrito
As empresas de manutenção ferroviária utilizam cinco métodos de inspeção, que vão desde verificações visuais rápidas até análises laboratoriais:
| # | Método | Princípio | Ideal para | Limitação |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Inspeção visual (verificação da cor do tempero) | A cor e a espessura da película de óxido estão correlacionadas com a temperatura máxima da superfície | Triagem rápida de cada passagem, tanto nas linhas de retificação quanto no acabamento manual | Apenas mostra marcas de queima onde as manchas de oxidação são visíveis; marcas de queima causadas por um leve reendurecimento podem passar despercebidas |
| 2 | Gravação com ácido | A aplicação de uma solução ácida preparada na superfície do solo revela zonas alteradas termicamente por meio de mudanças de cor | Confirmação confiável, no nível da oficina, sobre juntas soldadas | Requer acesso à superfície, produtos químicos e limpeza |
| 3 | Exame metalográfico | A microestrutura de uma amostra superficial mostra a camada temperada ou reendurecida e sua profundidade | Diagnóstico laboratorial definitivo e medição da profundidade | Destrutivo / a ser realizado em laboratório; não se destina ao uso rotineiro em campo |
| 4 | Ensaio de dureza | A queima altera a dureza da superfície — amolecimento após o revenimento, endurecimento após o reendurecimento | Verificação quantitativa de áreas suspeitas | Medição pontual; requer calibração em relação à dureza do trilho de base |
| 5 | Análise do ruído magnético de Barkhausen | Os danos térmicos e a tensão residual alteram a estrutura dos domínios magnéticos do aço ferroviário; o sinal de Barkhausen se altera de acordo com isso | Triagem rápida e sem contato de seções longas por meio de carros de medição e sondas manuais | Requer equipamentos com instrumentos e interpretação especializada |
Na prática, as equipes de fresagem utilizam inspeção visual contínua durante o trabalho — um operador experiente interrompe o processo e corrige assim que surge o “azulamento” —, enquanto a gravação ácida e as verificações de dureza são utilizadas no acabamento das soldas, e sistemas baseados no efeito Barkhausen são cada vez mais instalados em linhas de medição e retificação para documentação objetiva.
Critérios de aceitação de queimaduras de retificação: EN 13231-2, TB/T e AREMA
- EN 13231-2:2020 — Aplicações ferroviárias — Via férrea — Aceitação de obras — Parte 2: Aceitação do reprofilamento de trilhos em trechos retos, desvios, cruzamentos e dispositivos de expansão (sucessora da EN 13231-3) — estabelece os critérios de aceitação visual para trilhos reprofilados na Europa. Áreas danificadas termicamente ou queimadas não são aceitáveis na superfície acabada.
- TB/T 1632.1-2014 (Norma chinesa para soldagem de trilhos, Parte 1: Condições técnicas gerais) exige que a superfície do trilho na junta soldada e ao redor dela não deverá apresentar marcas de atrito.
- TB/T 2344.1-2020 (trilhos de 43 kg/m a 75 kg/m) exige que os defeitos superficiais prejudiciais sejam reparados por meio de retificação, devendo o reparo ser realizado de forma que a microestrutura do trilho não seja comprometida.
- AREMA As práticas recomendadas na América do Norte também consideram os danos térmicos causados pela retificação como um defeito a ser evitado por meio da remoção controlada de material.
O traço comum a todas as normas: a superfície do trilho, após o acabamento, não deve apresentar danos térmicos, e, sempre que for detectada uma queimadura, ela deve ser removida completamente — ou, quando for muito profunda, o trilho deve ser cortado e soldado novamente.
Como prevenir queimaduras por atrito
A prevenção consiste em uma combinação de manutenção adequada da máquina e seleção correta dos consumíveis.
1. Controlar os parâmetros de moagem
- Mantenha o profundidade de corte pequena — o esmerilhamento preventivo remove frações de milímetro em várias passagens, em vez de uma única passagem profunda.
- Nunca fique remoendo no mesmo lugar; mantenha a roda ou o trem em movimento na velocidade de trabalho prevista.
- Distribua o padrão de retificação por toda a superfície da cabeça do trilho, em vez de concentrar as passagens em uma única zona.
- Evite cargas de impacto; deixe a roda deslizar, não bater.
2. Controlar o calor
- Utilize jato de água ou líquido de arrefecimento, caso a máquina esteja equipada para isso.
- Em condições de temperatura normal, procure nenhum sinal visível de azulamento; uma passagem preventiva ajustada corretamente deve terminar fria ou levemente morna.
- Limite o tempo de retificação contínua em um mesmo ponto e deixe a superfície esfriar.
3. Escolha o disco de esmeril correto
É aqui que, na verdade, se decide o sucesso ou o fracasso na maioria dos problemas de queima por desgaste:
- Grau (dureza): Escolha um tipo de disco que se autoafie sob a pressão da máquina — os grãos cegos devem ser eliminados para que o abrasivo novo continue cortando. Um tipo muito duro forma uma camada vítrea e queima o trilho; um tipo muito macio se desgasta de forma antieconômica.
- Tipo de abrasivo: grãos de alto rendimento, como zircônia-alúmina cortam com mais frio e mantêm o fio por muito mais tempo do que as aluminas fundidas convencionais, reduzindo a entrada de calor por milímetro de metal removido.
- Tamanho do grão: Os grãos mais grossos realizam um corte rápido e sem superaquecimento para trabalhos corretivos intensos; os grãos mais finos proporcionam o acabamento final em passagens preventivas.
- Aderência e reforço: Os aglutinantes de resina com reforço de fibra de vidro proporcionam a margem de segurança necessária para as velocidades do trem de esmerilhamento e garantem um desempenho de corte consistente ao longo da vida útil do disco.
- Velocidade da roda: respeite a velocidade máxima de operação do disco e a velocidade do eixo da máquina — o excesso de velocidade aumenta a geração de calor e representa um risco à segurança.
No caso de linhas de retificação e retificadoras de perfil, é essencial adequar o rebolo à família da máquina e à aplicação — consulte nossos guias sobre Normas e técnicas práticas para o polimento de trilhos ferroviários e Processo e equipamentos de retificação ferroviária, ou entre em contato conosco para recomendações de rodas adequadas à sua máquina — a partir de Rodas de trem de retificação 260×90×154 para que as frotas da Harsco PGM e da CRRC GMC Discos de retificação de perfil com fixação M20.
Principais conclusões
- A queimadura por atrito é uma defeito microestrutural térmico — a descoloração azul/preta indica uma camada superficial amolecida ou que se endureceu novamente, às vezes com microfissuras.
- Isso é detectado por cores de temperamento visual, gravação ácida, metalografia, ensaio de dureza e análise de Barkhausen — as verificações visuais são a primeira linha de defesa em cada passe.
- As normas internacionais (EN 13231-2:2020, TB/T 1632.1-2014, TB/T 2344.1-2020) não permitem danos térmicos na superfície do trilho acabado.
- As principais causas — pressão excessiva, tempo de permanência, profundidade de corte e dureza incorreta da roda — are all controllable through correct process settings and correct grinding wheel selection.
Perguntas frequentes
At what temperature does grinding burn occur on rails?
Visible temper colors start once the railhead surface exceeds roughly 200–220 °C (light straw). Blue discoloration indicates approximately 300–320 °C, and above about 720 °C the steel austenitizes and re-hardens into brittle martensite on self-quenching — the most damaging form of burn.
How deep is a typical grinding burn layer?
Burned layers are thin — typically from a few hundredths to a few tenths of a millimetre. Shallow burn within the allowable metal-removal tolerance can be eliminated by careful re-grinding; deeper burn with micro-cracks requires cutting out and re-welding the affected rail section.
Can bluing on a rail always be removed by re-grinding?
Only if the burned layer is shallow enough that complete removal does not compromise the rail profile or exceed the allowable metal removal. Deep burn — especially with micro-cracks — requires cutting out the affected section and re-welding.
Does grinding burn only happen with hand-held grinders?
No. Hand finishing at welds is a common location, but grinding trains produce burn too when pass depth, pressure, or wheel specification is wrong. Machine grinding in fact offers better control once the correct wheel and pattern are set.
Why does a too-hard wheel cause burn?
A hard-grade wheel retains dull abrasive grains and glazes over. A glazed wheel rubs the rail instead of cutting it, converting grinding energy into heat instead of metal removal — the classic recipe for tempering burn.
Referências
- EN 13231-2:2020 — Aplicações ferroviárias — Via férrea — Aceitação de obras — Parte 2: Aceitação do reprofilamento de trilhos em trechos retos, desvios, cruzamentos e dispositivos de expansão (CEN).
- TB/T 1632.1-2014 — Rail welding — Part 1: General technical conditions (China State Railway Administration).
- TB/T 2344.1-2020 — Rails — Part 1: 43 kg/m–75 kg/m rails (China State Railway Administration).
- AREMA — Manual for Railway Engineering, Chapter 5 — Railroad Track (recommended practices for rail grinding and thermal damage limits).
Temper-color temperature values and hardness ranges quoted above are approximate engineering references for pearlitic rail steel; always defer to the applicable railway authority’s specification and to wheel manufacturer data when setting acceptance criteria.
