aços classificação e aplicações

aços classificação e aplicações

Universidade do Vale do Rio dos Sinos Curso de Graduação em Engenharia de Produção

Aços: classificação e aplicações

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

É prática comum classificar os aços em:

•não‐ligados: conhecidos como aços‐carbono, possuem além do C teores aceitáveis de silício (entre 01 e 0 35%) manganês

Aços: classificação e aplicações do C teores aceitáveis de silício (entre 0,1 e 0,35%), manganês (entre 0,25 e 0,90%), fósforo (até 0,04%) e enxofre (até 0,05%);

•ligados: possuem elementos de liga, os quais determinarão propriedades específicas. Um aço será considerado “ligado” se a soma de seus elementos de liga exceder 5%.Estes elementos incluem Al, Cu, Cr, Ni, Mo, Nb, V, Ti, ...

Sistema de classificação adotado no Brasil considera a composição química dos aços (baseado nos da “American Iron and Steel Institute” e “Society of Automotive Engineers”

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Sistema de classificação AISI /SAE (exemplos)

1XXX –aços‐C comuns 1045‐açosemligacom0,45%C1045 aço sem liga com 0,45%C 1145 ‐aço de corte fácil com 0,45%C (com MnS) 1345 ‐aço de elevada resistência com 0,45%C e 1,75%Mn 2XXX ‐aços ao Ni 2345 ‐aço com 0,45%C e 3,5%Ni 2545 ‐aço com 0,45%C e 5,0%Ni 3XX ‐aços austeníticos resistentes à corrosão ou refratários 3XXX ‐aços ao Cr‐Ni 3145 ‐aço com 0,45%C, 1,25%Ni e 0,60%Cr 3245 ‐aço com 0,45%C, 1,75%Ni e 1,0%Cr 3345 ‐aço com 0,45%C, 3,50%Ni e 1,5%Cr

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

4XX ‐aços ferríticosou martensíticosresistentes à corrosão ou refratários 4XXX ‐aço ao Mo 4045‐açocom045%Ce025%Mo4045 ‐aço com 0,45%C e 0,25%Mo 4145 ‐aço com 0,45%C, 0,50 a 0,95%Cr e 0,25%Mo 4345 ‐aço com 0,45%C, 1,80%Ni, 0,50 a 0,80%Cr e 0,25%Mo 4645 ‐aço com 0,45%C, 1,80%Nie 0,25%Mo 4845 ‐aço com 0,45%C, 3,5%Nie 0,25%Mo 5XXXX ‐aço ao Cr ç 50100 ‐aço com 1%C e 0,50%Cr 5110 ‐aço com 1%C e 1,0%Cr 52100 ‐aço com 1%C e 1,45%Cr 6XXX ‐aço ao Cr‐V ... Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Importante:

Apesar da classificação basear‐se na composição química

(CQ), não é apenas ela, mas também o processo de produção e o emprego (ou não) de tratamentos térmicos que ditará as propriedades de um aço e, consequentemente, a sua aplicação.

Por exemplo, no que se refere ao processo de produção, o método utilizado para a remoção do oxigênio quando o aço ainda está liquido ou durante sua solidificação determina algumas idddDdlãóCQpropriedades dos aços. Deste modo, algumas vezes não só a CQ, mas também o método de “desoxidação” do aço são especificados.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Aços acalmados: Al e Si são utilizados para reagir com o oxigênio no aço líquido Estes aços são geralmente utilizados onde é necessária

Classificação de acordo com o método de desoxidação:

no aço líquido. Estes aços são geralmente utilizados onde é necessária máxima uniformidade microestrutural, como forjamento a quente. Aços fundidos são sempre desoxidados por este processo.

Aços não‐acalmados (efervescentes): nestes aços, o oxigênio durante a solidificação combina‐se com o carbono formando CO, e devido a isso o aço superficialmente fica livre de carbono. Esta camada superficial é muito dúctil, e este tipo de aço é utilizado em alguns p,pçg processos de trabalho a frio. Usualmente possuem C e Mn menores do que 0,25% e 0,60%, respectivamente.

Aços semi‐acalmados: características entre acalmados e não‐ acalmados, são também utilizados em alguns processos de trabalho a frio. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Em seu processamento final, os aços podem ser obtidos através de duas rotas:

‐fundição: são vazados em moldes de areia, e a peça final idiõbóiàfii(ldipossui dimensões bem próximas às finais (eles podem necessitar tratamentos térmicos específicos para alívio de tensões, homogeneização da microestrutura e/ou obtenção de propriedades mecânicas específicas, assim como usinagem para melhor tolerância dimensional). Produto final = peça/componente.

‐trabalhados a quente ou a frio: lingotes são laminados, forjados, estampados, estirados, ..., e normalmente utilizados em sua forma final, sem necessidade de tratamentos térmicos (exceção quando é necessário eliminar o efeito do encruamento). Produtos finais: placas, chapas, perfis, arames, ...

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Exemplo fundição em areia (processo manual):

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Características: •baixa/média resistência mecânica e dureza

•alta tenacidade e ductilidade /

Aços ao carbono

•excelente/boa usinabilidade e soldagem •baixo custo de produção

Aplicações: •peças e chapas automobilísticas

•elementos de máquinas

•perfisestruturaiseplacasutilizadasnafabricaçãodetubos•perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos

•construção civil, pontes

•latas de folhas‐de‐flandres

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Microestruturas ferrito‐perlíticas de aços com teores em carbono crescentes

Microestrutura martensítica Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Variação da dureza com o teor de carbono Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Ferro: metal alotrópico(maisalotrópico (mais de uma estrutura cristalina de acordo com a temperatura)

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Evolução dos tipos de aços usados na indústria automobilística

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro Fonte: C. MazzaferroFonte: D. Havrilla a me nto (%

00,04 0,080 0,04 0,08 0,0120 0,04 0,08 0,012

Aument o na t e nsã o d e esco a do

de Re vista Aç

% Nb% V% Ti

Aumento da resistência com a microadição de elementos de liga σp=aumento na resistência devido à formação de finos carbonetos σgr=aumento na resistência devido à diminuição do tamanho de grão

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Adapt a

Aço 0,30%C: Sem Ti Com 0,01%Ti

BielasCubos de rodasEixos dianteiros Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Aços ligados

Elementos de liga são adicionados visando: •aumentar a dureza e a resistência mecânica;

•conferirpropriedadesmaisuniformesaolongodetodaaseção•conferir propriedades mais uniformes ao longo de toda a seção da peça;

•diminuir o peso (através do ganho em resistência);

•melhorar/aumentar propriedades específicas como resistência à corrosão, ao calor, ao desgaste, à capacidade de corte (usinagem), ...

Nos aços ligados é comum o emprego de tratamentos térmicos específicos para a obtenção das propriedades requeridas.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

As mudanças que acontecem nas propriedades dos aços com a adição de elementos de liga deve‐se às alterações microestruturais provocadas por eles:

Microestrutura austenítica de um aço inox 304.

Microestrutura ferrítica em um aço baixo carbono.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Carbonetos complexos (M=V, W, Mo e/ou Cr) em matriz de martensita revenida com carbonetos secundários. A. Júnior et al.

Dentre os aços ligados, tem‐se:

•Aços para cementação

PossuembaixosteoresdeelementosdeligacomoCrNiPossuem baixos teores de elementos de liga como Cr, Ni,

Mn, Mo, tomando a designação relativa a esses elementos como “aço‐cromo”, “aço‐cromo‐molibdênio”, ... São mito utilizados em peças de construção em que se pretende, ao mesmo tempo, uma dureza superficial elevada para alta resistência ao desgaste da camada cementada e um núcleo macio para suportar impactos e ter um limite de resistência à fadiga superior. São utilizados em gp componentes tais como rodas dentadas, eixos de cames, cruzetas, engrenagens, pinhões, alavancas, ..., ou seja, peças sujeitas a solicitações dinâmicas.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•Aços para nitretação:

O tratamento térmico de nitretação permite ao Fe‐C ligado com Cr, Al, Mo atingir durezas superficiais mais elevadas e fornecer, além disso, uma certa proteção contra corrosão. Estes aços são aplicados, por exemplo, em engrenagens, virabrequins, pistões e hastes de pistões, camisas de cilindros, brocas, ferramentas de medição e em peças que requerem certa resistência a quente como válvulas para vapor sob pressão.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•Aços para trabalho a quente:

Possuem a adição de Cr, Mo e V. Sua utilização depende do limite de escoamento mínimo, do limite de aplicação da carga, e da máxima fluidez necessária à temperatura máxima de serviço. Seus campos de aplicação são, por exemplo, nas juntas refratárias para caldeiras a vapor e geradores térmicos, em peças de equipamentos submetidos ao contato com o vapor a altas temperaturas tais como as peças de turbinas a vapor (pás e discos), em peças para a indústria química, etc.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•Aços para usinagem:

Os aços ligados com enxofre e chumbo são apropriados para sofrer usinagem, pois permitem otimizar o rendimento do corte das ferramentas, reduzindo o tempo de produção e o desgaste das ferramentas. Permitem a usinagem em elevadas velocidades de corte e são utilizados na fabricação de parafusos, porcas, rebites, eixos, peças para a indústria de relojoaria, utensílios da indústria de alimentos (quando ligados ao Cr), artigos domésticos, ...

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•Aços de construção para trabalhar a quente:

São aços ligados com W, Cr, V e Mo e servem para a fabricação de ferramentas destinadas à deformação em alta temperatura de materiais metálicos sem desgaste. Exemplos de utilização são mordentes de forja, matrizes e punções de perfuração a quente, lâminas de tesouras a quente, moldes para fundição por injeção, punções de prensas para extrusão de metais, etc.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•Aços para trabalho a frio:

São aços ligados com Si, Cr, W e V destinados à fabricação de ferramentas que não sofrem nenhum aquecimento durante o trabalho. São geralmente utilizados em ferramentas como limas, ferramentas de corte para madeira, brocas, mandris, fresas, punções e matrizes, fieiras de estiramento a frio, moldes para injeção de plástico, ...

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•Aços rápidos:

A designação “aços rápidos” significa “de corte rápido em processos de usinagem”. São aços com elevados teores de Co, Mo, W e V na sua composição. Sua CQ permite uma dureza elevada, máxima resistência ao desgaste e manutenção de suas propriedades até temperaturas próximas a 600oC. Estes aços subdividem‐se em duas categorias principais, aços‐tungstênio e aços‐molibdênio, e são utilizados especialmente na fabricação de ferramentas de corte como brocas helicoidais, folhas de serra e iltihfdtserras circulares para metais, machos, ferros de corte para torneamento, fresas, mandris, ...

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•Aços inoxidáveis:

Ligados com Cr, Ni, Mo, Mn, Ti, Nb, Cu e S, são aços extremamente resistentes aos ataques atmosféricos e à ação de certos ácidos orgânicos e inorgânicos. Suas aplicações são extremamente variadas: tampos (cubas) de cozinhas, instrumentos médico‐cirúrgicos, hélices de navios, reservatórios para a indústria alimentar, utensílios e aparelhos para a indústria química, peças para construção de reatores nucleares, componentes para a indústria aeronáutica e aeroespacial, etc.

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Existem diferentes tipos de aços inoxidáveis, classificados de acordo com a sua matriz: ferríticos, austeníticos e martensíticos. Existem também os duplex, constituídos por ferrita+austenita, e os endurecíveis por precipitação (tratamento de envelhecimento).

14Série 200

Aços Inox austeno

304H 316H

+Mn

+N -Ni

Aços inoxidáveis série 300:

austenoferríticos

LigasNi-Cr-Fe 304 C ≤0,08

Cr 18 /20 Ni 8 /10,5

310 20Cr-25Ni

+Ni -Ni +Cr

+Ni +Cr

-Ni -Cr

+Mo +Ni +Cr

+Mo

+Cu+Nb +Mo+C

317 L +Ni+S ou Se

+Ti

+Nb +Ta

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

Bibliografia

•V. Chiaverini. Aços e ferros fundidos. ABM, 5ª. Ed., São Paulo, 1992.

•D. Havrilla. Laser welding of AHSS. Disponível em http://www.autosteel.org/AM/Template.cfm?Section=PDFs&TEMPLATE=/CM/Cont entDisplaycfm&CONTENTFILEID 9292entDisplay.cfm&CONTENTFILEID=9292

•C. Mazzaferro. Advanced high strength steels. IPSUS Summer School. Bergedorf‐ Hamburg, Alemanha, Set 2008.

•Revista Ação ARMCO 3 (2004) 4‐7.

•C. Fonseca, C. Baptista, A. Abdalla. Caracterização microestrutural e mecânica de um aço inoxidável austenítico modificado com cálcio. Disponível em http:wwwcbecimat com br/Trab Completos/312 016 doc

Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro

•A. Júnior, R. Xavier, C. dos Santos, A. Sinatora. Desenvolvimento de cilindros em aço rápido para laminações de não planos. Disponível em http://www.villares.com.br/wroot/cilindros/produtos/pt_br/artigos_produtos/f lash_paper_aco_rapido_naoplanos_ptbr.swf

Comentários