TTSM - Aços para Molas

TTSM - Aços para Molas

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FATEC - SP Faculdade de Tecnologia de São Paulo

Prof. Bernardo Loeb

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FATEC - SP Faculdade de Tecnologia de São Paulo

Denomina-se por MOLA qualquer elemento de máquina capaz de sofrer deformações elásticas. Os materiais empregados na sua confecção devem ter certas propriedades elásticas, razão pela quais somente alguns são utilizados. A grande variedade de tipos de molas usadas atualmente pode ser classificada em dois grupos:

Molas de flexão; Molas de torção.

Do grupo das molas de flexão destacam-se dois tipos principais: molas de compressão e molas de tração. Como visto respectivamente nas figuras abaixo.

Os aços para molas devem apresentar alto limite de elasticidade, grande resistência e alto limite de fadiga. As molas constituem elementos de máquina que exigem cuidados excepcionais tanto no que se refere ao seu projeto, como em relação aos materiais de que são fabricadas.

De fato, as condições de serviço das molas são, muitas vezes, extremamente severas, quer pelas cargas e tipos de esforços que irão suportar, quer devido às temperaturas, meios corrosivos, vibração, etc., a que podem estar sujeitas.

Os aços-carbono, com teor de carbono variando de 0,50% a 1,20%, satisfazem quase que completamente aos requisitos exigidos das molas, de modo que a maioria desses elementos de máquinas é feita com aqueles tipos de aços. Há aplicações, contudo, que exigem aços-liga.

De qualquer modo, a escolha do material depende das propriedades desejadas, das aplicações, do custo e da técnica de fabricação. Como por exemplo:

Composição química; Propriedades mecânicas;

Qualidade superficial;

Disponibilidade;

Custo.

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As tabelas abaixo apresentam alguns dos aços utilizados na fabricação de molas.

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Em princípio, há dois métodos básicos para a fabricação de molas: As molas são obtidas a partir de tiras ou fios de aço-carbono ou aço-liga no estado recozido; estes materiais, depois de conformados na forma de molas, são temperados em óleo e revenidos.

As molas são fabricadas a partir de tiras ou fios de aços já endurecidos, isto é, no estado temperado e revenido, ou patenteados e estirados a frio ou encruados, incluindo-se a "corda de piano"; estes materiais, depois de conformados em molas, sofrem usualmente um tratamento térmico a baixa temperatura para alívio de tensões originadas no trabalho a frio. As molas obtidas nestas condições são suficientemente endurecidas de modo a apresentar um limite de proporcionalidade elevado, que resiste satisfatoriamente às cargas de serviço; não devem, entretanto, ser excessivamente duras, para não romperem ao serem conformadas.

O gráfico ilustra a seqüência de processamento do tratamento térmico de um aço para mola

Os aços-liga apresentam melhores propriedades de fadiga e limites elásticos, mais elevados do que os aços-carbono. São, contudo, mais suscetíveis a certas imperfeições superficiais. Por outro lado, o emprego de molas a temperaturas acima da ambiente, cria problemas, devido a maior possibilidade de se produzir deformação permanente, mesmo a cargas inferiores.

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Principais composições de aços empregados na fabricação de molas conformadas a frio.

Verificou-se que as molas de aço-carbono com diâmetros de até 15 m podem ser utilizadas com suficiente segurança até temperaturas da ordem de 174º C desde que não sejam carregadas além de 56 Kg/mm2; se for permitida uma pequena deformação permanente em serviço, poderão ser usadas até cerca de 200º C, com carga não superior a 84 Kg/mm2. De qualquer modo, em molas de compressão, o aço-carbono não permite temperaturas superiores à 200º C, porque resultam numa fluência cuja intensidade vai depender das tensões de serviço e do tempo de aplicação das cargas.

Os tipos de aços-carbono mais usados na fabricação de molas helicoidais enroladas a frio são: ASTM

- A 228 - tipo "corda de piano", trefilado com composição química provável: Carbono (0,70% a 1%); Magnésio (0,20% a 0,60%); Silício (0,12% a 0,30%). Resistência à tração 175 a 280 Kg/mm2 Alongamento: cerca de 8%. Carga de trabalho recomendada para serviço pesado: 52,5 Kg/mm2. Dureza Rockweel "C": 42 a 46. Características principais: Um dos aços de melhor qualidade que se conhece; para pequenas molas helicoidais e de torção que devem obedecer a rigorosos requisitos físicos, sujeitas a cargas elevadas ou a cargas repentinamente aplicadas. Principalmente em molas de até 5 m de diâmetro de arame.

DIN 17223 - Segue as mesmas características do aço acima, porém, é dividido em três classes principais que são elas: "C" (aço de grande resistência), "B" (aço de média resistência) e "A" (aço de

Propriedades a tração

Resistência à tração mín. Módulo elasticidade E

Material Grau e especificação

Composição nominal %

MPa Kgf/mm2 GPa Kgf/mm2

Dureza HRB

Temperatura permissível ºC

1010-1950102,9-198,1
1180-2230197,7-226,8
1140-2020115,5-205,8
1320-2330133,7-226,8

Aço alto carbono

Aço-liga

FATEC - SP Faculdade de Tecnologia de São Paulo pequena resistência), essas qualidades são dadas a estes aços devido a maior ou menor concentração de carbono na sua fabricação.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) conforme norma SAE J404 SAE/AISI

C Mn P máx. S máx. Si Ni Cr Mo

a - Contém Boro (B): 0,0005 - 0,0030% b - Contém Vanádio (V): mínimo 0,15%

Os tipos de aços-carbono mais usados na fabricação de molas helicoidais enroladas a quente são: SAE 1070 - chamado de aço-carbono, trefilado com composição química provável: Carbono (0,65% a

0,75%), Magnésio (0,60% a 0,90%), Silício (0,15% a 0,20%), resistência à tração de 108 a 210 Kg/mm2. Alongamento cerca de 2%. Carga de trabalho recomendada para serviço pesado: 38,5 Kg/mm2. Dureza Rockweel "C": 40 a 50. Características principais: empregados onde a carga não é muito elevada e quando a mola não é sujeita a choques contínuos.

Um dos tipos de molas mais importantes desta classe é o de mola para válvulas. Existem também outros tipos de aços que seguem a mesma linha do SAE 1070 com algumas alterações, mas são menos

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Tem composição química provável: Carbono (0,5% a 0,65%), Magnésio (0,65% a 1,10%), Silício (0,20% a 0,35%), Cromo (0,60% a 1%), alguns tipos contém Vanádio (0,15% min.) e Molibdênio (0,15% a 0,25%), resistência à tração de 140 a 175 Kg/mm2. Alongamento cerca de 5%. Carga de trabalho recomendada para serviço pesado 42 Kg/mm2. Dureza Rockweel "C": 42 a 49. Características principais: estes aços são usados onde se necessita grande resistência à corrosão e ao calor, e onde se necessita de grande número de flexões.

Devido à sua alta dureza estes aços não são produzidos comercialmente em bitolas finas, isto é, abaixo de 7 m.

A tabela abaixo apresenta as características dos aços SAE 5160 e SAE 9254, e o gráfico demonstra a temperatura & revenido do aço SAE 5160.

Características e aplicações de aços para construção mecânica

Dureza após a tempera (HRc)

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