SUMRIO

1. Aplicaes

2. Propriedades

3. Elementos qumicos e sua influncia na usinabilidade

4. Diagrama TTT e microestruturas esperadas em diferentes durezas

5. Exemplos de aplicaes para diferentes faixas de dureza

REFERNCIAS

1. Aplicaes

O ao ABNT/AISI 4340 um ao especial que vem sendo utilizado largamente para aplicaes na indstria. Dadas suas satisfatrias propriedades tais como resistncia fadiga e boa combinao de resistncia e tenacidade, destinado principalmente a peas com alta solicitao mecnica e submetido a determinados tratamentos trmicos, pode ter uma gama elevada de aplicaes.

Algumas destas aplicaes so: Virabrequins de avies, tratores, caminhes e automveis; bielas, engrenagens, eixos sujeitos a grandes esforos e peas que necessitam boas caractersticas mecnicas em sees grandes. (VILLARES METALS, 2008) utilizado em componentes para sistemas mecnicos, principalmente estruturais, onde se necessita uma homogeneidade de dureza ao longo da seo transversal em pequenas ou grandes sees. (GGD METALS)Extensamente usado como ao de construo de temperabilidade profunda, o ao 4340 forjado tambm fabricado em peas para avies comerciais e militares e sistemas de apoio em terra, sistemas de automveis, ferramentas hidrulicas e outras aplicaes de ferramentas de mquinas.

A alta resistncia fadiga torna AISI 4340 ideal em aplicaes sujeitas a esforos elevados, mantendo a sua resistncia e dureza a alta temperatura. (CONCEPT STEELS, 2014)2. Propriedades

A Tabela 1 apresenta as propriedades mecnicas caractersticas do ao AISI/SAE 4340 sujeito a determinadas condies de tratamento trmico.

Tabela 1 - Propriedades mecnicas do ao AISI/SAE 4340:

Fonte: Adaptado de AZoM The A to Z of Materials (2000-2014)

A Tabela 2 apresenta a composio qumica caracterstica do ao AISI/SAE 4340:

Tabela 2 Composio qumica do ao AISI/SAE 4340:

Fonte: Adaptado de AZoM The A to Z of Materials (2000-2014)

Como propriedades fsicas o ao AISI/SAE 4340 apresenta densidade de 7,85 g/cm e ponto de fuso de 1427C ou 1700K.

A condutividade desse ao na sua forma no-tratada de 44.5 W/Mk e coeficiente de expanso trmica de 12.3 m/mC. (AZOM, 2000-2014)Um ao tipo AISI 4340 de ultra alta resistncia, temperado em leo e revenido a 727C (T&R 427) possui resistncia trao em torno de 1.590 MPa e limite de escoamento de 1.370MPa (FAIRES, 1966).

Pode-se aumentar a resistncia atravs de: uma elevao no teor de carbono, aumentando-se com isto a quantidade de perlita; pela adio de elementos endurecedores da ferrita, provocando precipitao de carbonetos e nitretos; do refino de gro; atravs de tratamentos trmicos durante a fabricao; por deformao a frio (encruamento); ou revenimento a temperaturas baixas e endurecimento secundrio.

Aos do tipo AISI 4340 podem atingir valores de resistncia da ordem de 1.900 MPa quando devidamente temperados e revenidos. Nessa ocasio especfica so utilizados em componentes de trem de aterrisagem de avies. O inconveniente a baixa tenacidade, que pode ser parcialmente sanada com adio de elementos de liga. Um exemplo modificar o ao com adio de Mo, V e Si que atingem resistncia da ordem de 2.100 MPa, aplicados em temperaturas prximas a ambiente.

3. Elementos qumicos e suas influncias na usinabilidade

A partir da tabela 2 (composio qumica do ao AISI/SAE 4340) pode-se notar que o ao AISI/SAE 4340 constitudo de uma srie de elementos de liga que, concomitantemente com o carbono, influenciam em sua usinabilidade:

Tabela 2 Composio qumica do ao AISI/SAE 4340:

Fonte: Adaptado de AZoM The A to Z of Materials (2000-2014)

Os elementos que compe este ao so determinantes para o seu grau de usinabilidade:

Carbono: Em aos com teor de carbono mdio (0,25% < C < 0,4%), ocorre o aumento da proporo de perlita em comparao com aos de baixo carbono. Com isso tem-se uma maior influncia das propriedades da perlita sobre a usinabilidade do material, e a deformabilidade diminui. Este efeito tem as seguintes consequncias para a usinabilidade:

- Diminuio da tendncia adeso e da faixa de formao do gume postio para velocidades de corte mais baixas;

- Em razo da maior solicitao da regio de contato, aumenta a temperatura no gume e o desgaste da ferramenta;

- Melhora da qualidade superficial, da formao de cavacos e das formas de cavaco.

A usinabilidade pode ser melhorada consideravelmente pelo tratamento trmico de crescimento de gro para baixos teores de carbono, e pelo tratamento trmico de normalizao para teores de carbono acima de 0,35% (KNIG e KLOCKE, 2002).

Aos com teores de carbono entre 0,4 e 0,8% so considerados de boa usinabilidade somente com relao aos critrios de formao de cavaco e qualidade superficial. Para reduzir o rpido avano do desgaste em virtude das altas solicitaes trmicas e mecnicas deve-se reduzir a velocidade de corte ou utilizar fluidos refrigerantes. Outra medida no sentido de diminuir o desgaste fazer um recozimento na pea. (KNIG e KLOCKE, 2002)

Mangans: O mangans melhora a temperabilidade e aumenta a resistncia dos aos (100 N/mm para cada 1% de mangans). Em razo da alta afinidade com o enxofre o mangans forma o sulfeto de enxofre. Teores de mangans de at 1,5% melhoram a usinabilidade de aos com baixos teores de carbono em razo da boa formao do cavaco. Em aos com maiores teores de carbono a usinabilidade influenciada negativamente devido ao maior desgaste da ferramenta (KNIG e KLOCKE, 2002). No caso do ao AISI 4340 temos 0,60 a 0,80 de mangans e uma porcentagem de carbono mdia, o que torna sua usinabilidade em geral melhorada pelo Mn.

Cromo e molibdnio: O cromo e molibdnio melhoram a temperabilidade e influenciam a usinabilidade de aos cementados e aos endurecidos devido s alteraes na estrutura cristalina e tenacidade. Em aos com maiores teores de carbono ou com elementos de liga, como o caso do AISI 4340, formam carbonetos especiais e carbonetos mistos, que podem piorar a usinabilidade (KNIG e KLOCKE, 2002). A presena de cromo e molibdnio, apesar de melhorarem as caractersticas mecnicas, pioram a usinabilidade do ao AISI 4340.

Nquel: Atravs da adio de nquel o ao tem a sua tenacidade aumentada. O nquel proporciona um aumento da tenacidade principalmente a baixas temperaturas. Isto leva geralmente a uma piora da usinabilidade, especialmente nos aos com grandes teores de Nquel (KNIG e KLOCKE, 2002).

Silcio: O silcio dissolve na ferrita aumentando sua resistncia nos aos. Com o oxignio e na ausncia de elementos desoxidantes, como por exemplo alumnio, forma incluses duras de xido de silcio (silicato). Desse fato pode resultar um aumento do desgaste da ferramenta (KNIG e KLOCKE, 2002). O aumento na resistncia acaba por diminuir a usinabilidade do ao AISI 4340.

Fsforo: A adio de fsforo leva a segregaes no ao e com um tratamento trmico e deformao trmica posterior, resultam numa fragilizao dos cristais mistos (fragilizao da ferrita). Com isso resulta um cavaco arrancado e pequeno. Em teores de at 0,1% o fsforo atua positivamente sobre a usinabilidade. Maiores teores de fsforo levam a uma melhora da qualidade superficial, porm levam a um maior desgaste da ferramenta.Enxofre: No caso do ao AISI 4340 o enxofre, devido sua afinidade com o mangans, acaba formando sulfetos de mangans quase que exclusivamente, os quais possuem uma temperatura de fuso relativamente maior que a do sulfeto de ferro formado por aos que no possuem mangans em quantidade suficiente. Essa formao de MgS positiva para a usinabilidade pois leva formao de cavacos curtos e quebradios, melhora da qualidade superficial e da menor tendncia formao de fumes postios. Com o aumento das incluses o sulfeto de mangans tem uma influncia negativa sobre as propriedades mecnicas como tenacidade, alongamento, resistncia compresso e resistncia fadiga, especialmente quando a direo da solicitao est no sentido do fibramento mecnico do material. (KNIG e KLOCKE, 2002).4. Diagrama TTT e microestruturas esperadas para diferentes durezas

Abaixo seguem dois diferentes diagramas de transformao tempo-temperatura (TTT) para o ao AISI 4340, contendo as respectivas microestruturas esperadas para diferentes faixas de temperatura e tempo de resfriamento.

O segundo grfico inclui faixas de dureza HRC, o que nos possibilita estimar com alguma preciso, os microconstituintes do ao para diversos tipos de tratamentos trmicos cuja dureza final especificada.

Grfico 1 Diagrama TTT para o ao AISI/SAE 4340:

Fonte: Phase Transformation and Microstructure - The Jominy Bar (VERMONT, 2010)Grfico 2 Diagrama TTT, incluindo faixas de dureza, para o ao AISI/SAE 4340:

Fonte: Phase Transformation and Microstructure - The Jominy Bar (VERMONT, 2010)

possvel concluir que para 55 e 60 HRC, a microestrutura do ao AISI 4340 quase que completamente constituda por martensita, que apresenta altas tenses residuais e provavelmente ser necessrio um revenimento ps-tempera, para tornar vivel seu uso.

Entre 50 e 55 HRC, a martensita comea a aparecer com menos frequncia e comea a se observar uma microestrutura denominada bainita, que composta por cementita e ferrita em formato de vagem.

Entre 35 e 50 HRC, a microestrutura esperada passa a ser quase que completamente composta por bainita, tendo a presena desta mais acentuada para durezas menores, sendo denominada tambm como bainita superior. Pode haver tambm nessa faixa a presena de austenita retida.

Para durezas entre 30 e 35 HRC, podemos observar pelo diagrama que a bainita comea a reduzir suas propores na microestrutura do ao e a austenita retida presente em maiores porcentagens.5. Exemplos de aplicaes para diferentes faixas de durezaO ao AISI 4340, devido sua alta temperabilidade, pode ser encontrado nas mais diversas aplicaes industriais. Para diferentes faixas de dureza, este ao pode ser utilizado para diversas finalidades:

- Entre 30 e 35 HRC: encontrado forjado vendido em barras e utilizado como barras de ao para estruturas ou para forjamento de peas para aplicao em setores da indstria que exigem mais trao/fora de rendimento.

- Entre 35 e 50 HRC: pinos de fixao, rotores, eixos, discos, engrenagens, eixos pesados, studs, acoplamentos, rodas dentadas, pinhes, barras de toro, bielas, bares corvo, peas de transporte, ferramentas hidrulicas e algumas de maquinrio, peas para carro de corrida.- Entre 50 e 60 HRC: trens de pouso, eixos de hlice, virabrequins para avies tratores e veculos em geral, eixos muito solicitados, engrenagens, peas de uso militar, sistemas de suporte areo e terrestre.REFERNCIASFabricantes fornecedores | alibaba.com. Disponivel em:

.AZOM. AISI 4340 Alloy Steel (UNS G43400). Materials Science and Engineering Information | AZoM, 2000-2014. Disponivel em:

. Acesso em: 10 set. 2014.

CONCEPT STEELS. Concept Steels, 2014. Disponivel em:. Acesso em: 10 set. 2014.

GERDAU. Comercial Gerdau. Disponivel em:

. Acesso em: 11 set. 2014.

GGD METALS. Catlogo de Aos para construo mecnica. Disponivel em: .KNIG, W.; KLOCKE, F. Tecnologia da usinagem com ferramentas de corte de geometria definida. Traduo de Rolf Bertrand Schroeter e Walter Lindolfo Weingaertner. Florianpolis: [s.n.], 2002. 352 p. Ttulo original: "Fertigungsverfahren - Drehen, Bohren, Frsen".

MITCHELL, K. eHow | Conselhos confiveis. Propriedades e usos do ao tipo 4340. Disponivel em: . Acesso em: 12 set. 2014.

VERMONT, U. O. Phase Transformation and Microstructure - The Jominy Bar. The University of Vermont, 2010. Disponivel em: . Acesso em: 11 set. 2014.VILLARES METALS. Aos especiais para aplicaes mecnicas, 2008. Disponivel em:

. Acesso em: 10 set. 2014.