descrição de utilização de aços de acordo com suas propriedades

Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro

Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF.

CCT/ LAMAV- Siderurgia

Descrição de utilização de aços de acordo com suas

propriedades, estrutura, composição e tipo.

Marcelle Henriques Chagas Santos

Setembro-2010

-Descrição de utilização de aços de acordo com suas propriedades, estrutura, composição e tipo-

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Índice

1. Introdução 04

2. Produtos siderúrgicos 07

2.1Produtos planos 08

2.2Produtos não planos ou longos 11

2.3Produtos fundidos 14

3. Aços e suas aplicações 14

3.1Aços para fundição 16

3.1.1 Aços de baixo carbono 17

3.1.2 Aços de médio carbono 19

3.1.3 Aços de alto carbono 20

3.1.4 Aços-liga de baixo teor em liga 21

3.1.5. Alguns tipos mais comuns de aços-liga para fundição 22

3.2 Aços estruturais 26

3.2.1 Aços-carbono 27

3.2.2 Aços de alta resistência e baixo teor em liga 29

3.3 Aços para trilhos 33

3.4 Aços para produtos planos 34

3.5 Aços para tubos 39

3.5.1 Tubos sem costura 40

3.5.2 Tubos com costura 40

3.6 Aços para barras, arames e fios 43

3.6.1 Aços de baixo carbono 44

3.6.2 Aços de médio carbono 45

3.6.3 Aços de alto carbono 45

3.7 Aços para molas 46

3.7.1 Molas helicoidais 47

3.7.2 Molas semi-elípticas 48

3.8 Aços de usinagem fácil 49

3.9 Aços para cementação 52

3.9.1 Aços-carbono 52

3.9.2 Aços de baixa liga 52


3

3.9.3 Aços de alta liga 53

3.10 Aços para nitretação 53

3.11 Aços para mancais 55

3.11.1Mancais para condições normais 56

3.11.2Mancais para fins especiais 57

3.12 Aços para ferramentas e matrizes 57

3.13 Aços resistentes ao desgaste 61

3.14 Aços resistentes à corrosão 62

3.14.1Aços inoxidáveis martensíticos 64

3.14.2 Aços inoxidáveis ferríticos 66

3.14.3 Aços inoxidáveis austeníticos 67

3.14.4 Aços inoxidáveis duplex 69

3.14.5 Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação 70

3.15 Aços resistentes ao calor 70

3.16 Aços para fins elétricos 71

3.17 Aços para fins magnéticos 72

3.18 Aços ultra-resistentes 72

3.19 Aços criogênicos 75

3.20 Aços sinterizados 75

3.21 Aços para estampagem 77

4. Classificação dos aços de acordo com a estrutura 78

5. Classificação dos aços de acordo com a composição química 79

5.1 Aços-carbono 79

5.2 Aços-liga 81

6. Bibliografia 86

Introdução

Apesar da intensa competição que vem sofrendo há varias décadas, o aço tem conseguido

manter- se como o material com o maior número de aplicações no mundo atual, em virtude da

sua grande versatilidade. Adicionalmente, o extraordinário leque de propriedades exibido pelos

diversos tipos de aço e conseguido por meio de simples variações de composição ou por meio

do processamento, térmico ou mecânico.


4

Assim, dada a grande variedade de aços, foram criados sistemas para sua classificação, os

quais periodicamente são submetidos a revisões.

Os aços podem ser classificados em grupos, em base de propriedades comuns:

a) Composição, como aços carbono e aços-liga

b) Processo de acabamento, com aços laminados a quente ou aços laminados a frio

c) Forma do produto acabado, como barras, chapas grossas, chapas finas, tiras e tubos ou

perfis estruturais.

Há subdivisões desses grupos, como aços-carbono de baixo, médio ou alto teor de

carbono. Os aços-ligas são frequentimente classificados de acordo com o principal ou principais

elementos de liga presentes.

É muito difícil estabelecer uma classificação precisa e completa para todos os tipos de

aços. Para os fins do presente estudo, serão consideradas três formas diferentes para descrever

o aço:

-de acordo com a composição química

- de acordo com a estrutura

- de acordo com a aplicação

Sendo a última analisada com maior importância.

Normas técnicas de fabricação

Os produtos são fabricados em modernos equipamentos, o que lhes confere elevado

padrão de qualidade e características conforme as principais normas nacionais e internacionais,

tais como:

Normas técnicas de fabricação

ASTM American Society for Testing and Materials

AS Australian Standards

BS British Standard

DIN Deutches Institut für Normung E.V.

EN Euronorm


5

JIS Japanese Industrial Standards

NBR Norma Brasileira

NM Norma Mercosul

NT CSN Norma Técnica CSN

SAE Society of Automotive Engineers

SEW Material Especification by Organization of the German Iron and Steel Industry

Uma das classificações mais generalizadas é a que considera a composição química dos

aços e, dentre os sistemas conhecidos, são muito usados os da “American Iron and Steel

Institute – AISI” e da “ Society of Automotive Engineers- SAE”.Essas associações seguem

aproximadamente o mesmo método numérico de identificação, que é o seguinte:

Utilização de 4 números

Primeiro algarismo: É um número de l a 9 e identifica o tipo de aço, determinado pelo tipo

de elemento de liga básico.

l = aço carbono

2 =aço níquel

3 = aço niquel - cromo

4 = aço molibdênio

5 = aço cromo

6 = aço cromo-vanádio

7 = aço cromo-tungstênio

8 = aço níquel-cromo-molibdênio

9 = aço silício-manganês

Segundo algarismo: Indica o grupo dentro do tipo.

Um elemento de liga simples é indicado por seu percentual médio.

Exemplo: aço SAE 5140 - o número 1 indica 1% de cromo

Um aço com dois elementos de liga, o segundo número indica uma combinação dos

percentuais dos elementos de liga de acordo com as normas de fabricação.

Exemplo: aço SAE 8640 - o número 6 pode indicar 6% dos elementos de liga.

Terceiro e quarto algarismo: Indica a percentagem média de carbono em centésimos

percentuais.

Exemplo: aço SAE 1035 - o número 35 indica 0,35% de carbono.

Assim, um exemplo da designação por quatro algarismos é descrita abaixo:


6

SAE 1045

1 - indica o tipo de aço (aço carbono)

0 - indica o grupo dentro do tipo (aço comum)

45-indica o teor médio de carbono (0,45% de carbono aproximadamente)

Observações:

Na classificação da AISI a letra B no meio numeral indica a presença de Boro na

fórmula. Ex. AISI 50B20

Na classificação da AISI a letra antes do númeral indica o processo pelo qual o aço

foi produzido. Ex. AISI E33l5 - produzido em forno elétrico

Exemplo: AISI C1045 - produzido em forno Siemens-Martin

Por outro lado, os dois primeiros algarismos diferenciam os vários tipos de aço entre si,

pela presença ou somente de carbono como o principal elemento de liga (alem, é claro, das

impurezas normais), ou de outro elemento de liga, como níquel, cromo, além do carbono.

A norma alemã DIN adota uma forma diferente de classificação. Essa é feita de acordo com

a aplicação de aços para construção em geral, e pode ser feita em função do limite de

resistência á tração. Assim, a designação St 42 corresponde a um aço com limite de resistência

á tração entre 42 e 50 kgf/mm2 (410 e 490 MPa)

Já a norma DIN 17200, os classifica de acordo com a composição química: por exemplo,

C35 significa aço-carbono com médio teor de carbono de 0,35%, 34CrMo4 equivale

correspondente a aço com carbono médio.

2. Produtos siderúrgicos

Os produtos siderúrgicos podem ser divididos em três grandes grupos:

Os produtos planos, como o próprio nome indica, apresentam formatos planos, obtidos

através de laminação, e são produzidos basicamente na forma de bobinas e chapas (Fig. 01)

Fig. 01: Produtos planos: bobinas e chapas.


7

Os produtos não planos ou longos são produzidos obtidos por processos de conformação,

como laminação e trefilação, são aqueles na forma de perfis, fios, arames e etc. Uma subdivisão

do grupo de não planos é o de longos, isto é, produtos com formas alongadas, como, por

exemplo, os vergalhões para concreto, os tarugos, barras, arames e etc.

Fig. 02: Produtos não-planos: arames e barras.

Os produtos fundidos são aqueles cuja peça é obtida por vazamento do metal líquido em

formas ou moldes. O produto praticamente está no formato final, pois não se pode sofrer

conformação, por não apresentar conformabilidade, ou seja, capacidade de mudar de forma.

Blocos de motores, objetos de arte, autopeças, são produtos típicos de fundição.

Fig. 03: Produtos fundidos.


8

2.1 Produtos planos

Distinção entre os produtos feita pela tecnologia de laminação

- Laminados a quente

- Laminados a frio (principalmente para chapas finas).

- Relaminados

Laminados a quente

Fig. 04: Laminação a quente.

São produzidos com equipamento denominado laminador de tiras a quente. São

produzidos através de uma serie de laminadores. As espessuras variam de 1,20 mm a 16 mm e

as espessuras de 800 mm a 2000 mm

Os laminados a quente são obtidos inicialmente na forma de bobinas, e posteriormente

podem ser cortados, decapados ou laminados a frio, dependendo da aplicação do produto.

Os produtos laminados a quente são usados especialmente na indústria automobilística, na

construção civil e em autopeças, tubos, vasilhames, relaminação e implementos agrícolas.

Laminados a frio


9

Fig. 05: Laminados a frio.

Laminados a frio usam como matéria prima o laminado a quente decapado, devido a

necessidade da remoção de oxidos superficiais, peloprocesso de decapagem, para o processo

de laminação a frio. As espessuras variam de 0,38 mm a 3,00 mm e as larguras de 800 mm a

1870 mm. A laminação se processa a temperatura ambiente.

Os principais segmentos atendidos com os produtos laminados a frio são o automotivo,

linha branca, construção civil e eletroeletrônicos. Em aplicações que vão desde a qualidade

comercial até aços bake-hardening e qualidade estampagem extraprofunda especial para uso

em automóveis. Assim, destino destes materiais é para aplicações mais nobres que os

laminados a quente, que exigem bom acabamento, como eletrodomésticos e carros, e são

produtos de espessura mais fina.

Relaminados

São aqueles obtidos por relaminação de laminados, tanto a quente quanto a frio, desde que

atendam às propriedades exigidas na relaminação. Os produtos são relaminados em um

relaminador que reduz ainda mais as espessuras, e seguem normas específicas para produtos

relaminados.

Distinção entre os produtos feita pela relação largura / espessura

Placas

São produtos semi-acabados, obtidos em sua maior parte na aciaria, através de

lingotamento contínuo, podendo também ser obtidas por laminação de debaste de lingotes. São

normalmente classificadas como semi-acabadas, pois sofrerão conformação posterior através da

laminação.

As espessuras variam de 200mm a 260mm em condições normais.

Chapas grossas


10

Fig. 06: Chapas grossas.

As chapas grossas são obtidas através do laminador de chapas grossas.

As espessuras variam de 6 mm a 200 mm, daí o nome chapas grossas, as larguras variam

de 1000 a 3800 mm e os comprimentos de 5000 mm a 18000 mm.

Chapas finas

A chapa fina possui espessura compreendida entre 0,30 mm e 6 mm, inclusive os

extremos, e largura igual ou superior a 300 mm. As chapas finas são obtidas, em geral, por

laminação a frio e podem ser encruada por laminação a frio ou totalmente recozida.

As chapas finas, obtidas por laminação a frio, por sua vez, podem ser diferenciadas pelo

tratamento superficial de proteção que recebem, em:

- chapas galvanizadas, ou seja, recobertas por zinco (ou ligas de zinco)

- chapas folhas-de-flandres, ou seja, folha de aço com revestimento de estanho e filme de

passivação, constituído de compostos de cromo, em ambas as faces.

Aços de uso geral

Aços de uso geral, com carbono e manganês, sem adição de elementos microligantes,que

atendem apenas à composição química, são utilizados em conformação simples, suas principais

aplicações são em relaminação, construção civil, tubos, componentes e peças.

São destinados a usos menos nobres, não exigindo responsabilidade em termos

estruturais.

2.2 Produtos não planos ou longos

Os produtos semi-acabados para laminação de não-planos, equivalentees às placas de aço

para os aços planos, são os lingotes, blocos e tarugos de aço, obtidos por lingotamento contínuo

ou convensional. A partir destes semi-acabados, os produtos longos são obtidos por processos

de conformação mecânica, principalmente laminação e trefilação. Os principais produtos longos,

ou não-planos, são: barras, vergalhões, fio-maquina, perfis, trilhos e tubos sem costura.

Barras


11

Fig. 07: Barras com seção redonda e chata e barras trefiladas.

As barras podem ser fornecidas com seção redonda ou chata. Barras redondas são

utilizadas para fabricação de eixos, pacas para mecânica em geral, molas helicoidais,

implementos agriculas e rodoviários, ferramentas e fixadores. Barras chatas são utilizadas em

maquinas, implementos agricolass e rodoviários e indústria mecânica em geral.

Barras trefiladas são processadas a frio através de equipamentos denominados trefiladores.

A trefilaçao é realizada na temperatura ambiente, onde o fio ou barra é passada através de

orifícios e submetido à tração, com isso a seção do produto é reduzida.

Fio – maquina

Fig. 8: Fio – maquina.


12

O fio maquina obtido por laminação a quente com seção transversal circular é um semi-

acabado utilizado por diversos setores industriais na fabricação de produtos por trefilação, como

arames e cordoalhas, entre outros, tanto para construção mecânica como para construção civil.

Vergalhões

Fig. 9: Vergalhões são amplamente utilizados na construção civil , na forma de armações

para concreto armado.

Tubos

Fig. 10: Tubos.

Tubos podem ser fabricados diretamente por laminação, em laminadores especiais,

fornesvendo os chamados tubos sem costura, por não terem necessidade de serem soldados,

ou então fabricados por conformação e soldagem de chapa, o que fornece tubos com costura.

Perfis


13

Fig. 11: Perfis.

Perfis laminados são fabricados diretamente no laminador de perfis. Utilizados na

construção civil e pelo setor mecânico, não contem soldas. Por outro lado, perfis soldados são

fabricados a partir de chapas que são soldadas. São muito utilizados na construção civil.

Os trilhos de aço são, também, obtidos através de laminação de perfis, na qual os cilindros

são fabricados com sulcos no formato de trilhos.

2.3 Produtos fundidos

Fig. 12: Aço fundido.

São geralmente vazados em moldes de areia ou metálicos, onde adquire a forma exata da

cavidade do molde. Quando se trata de peças fundidas, os moldes conferem às mesma, suas

formas praticamente definidas, necessitando eventualmente, pequenos acertos, através de

operações de usinagem para acabamento.

3. Aço e suas Aplicações

Podem ser considerados os seguintes subgrupos:


14

- Aços para fundição, caracterizados por apresentarem boa combinação de resistência,

ductilidade e tenacidade, além disso, apresentam boa usinabilidade e adequada soldabilidade,

muitos tipos são susceptíveis de tratamentos térmicos de têmpera e revenido.

- Aços estruturais, ao carbono ou com pequenos teores de elementos de liga, com boa

ductilidade e soldabilidade e elevado valor de relação limite de resistência à tração para limite de

escoamento.

- Aços para trilhos, cujas condições de serviço exigem característicos de boa resistência

mecânica, boa resistência ao desgaste, etc., são tipicamente, aços de carbono.

- Aços para produtos planos, que devem apresentar excelentes deformabilidade, boa

soldabilidade, entre outras qualidades.

- Aços para tubos, com, em princípio, as mesmas qualidades dos aços para chapas, são

normalmente ao carbono, embora, nestes últimos, algumas aplicações podem exigir a presença

de elementos de liga.

- Aços para arames e fios, os quais, conforme aplicações, podem apresentar

características de resistência a tração realmente notáveis.

- Aços para molas, caracterizados por elevado limite elástico.

- Aços de usinagem fácil, caracterizados pela sua elevada usinabilidade, teores acima

dos normais dos elementos S e P, principalmente o primeiro e, eventualmente, à presença de

chumbo.

- Aços para cementação, normalmente de baixo carbono e baixos teores de elementos de

liga, de modo a apresentarem os melhores característicos para enriquecimento superficial de

carbono, além de um núcleo tenaz, depois da cementação e da têmpera.

- Aços para nitretação, simplesmente ao carbono ou com os elementos de liga como Cr,

Mo e Al.

- Aços para mancais, empregados em mancais de esfera ou de rolete.

- Aços para ferramentas e matrizes, caracterizados por alta dureza a temperatura

ambiente, assim como nos tipos mais sofisticados, alta dureza à temperatura elevada,

satisfatória tenacidade e onde as propriedades comuns de resistência mecânica e

principalmente de ductilidade pouco significado apresentam. Os tipos mais sofisticados

apresentam elementos de liga em teores muito elevados, sendo mais importantes e famosos os

“os aços rápidos” com elevado teor de W, mais Cr e V e, eventualmente, de Mo, Co e outros

elementos de liga. Apresentam alta capacidade de corte. Outros, alta capacidade de suportarem

deformações.


15

- Aços resistentes ao desgaste, entre os quais o mais importante é o que apresenta Mn

em quantidades muito acima do normal (entre 10 a 14%), além do alto teor de C (entre 1,0 a

1,4%C).

- Aços resistentes à corrosão (chamados “inoxidáveis”), com elevados teores de Cr ou Cr-

Ni.

- Aços resistentes ao calor (também chamados “refratários”),caracterizados por

apresentarem elevados teores de Cr e Ni e por possuírem elevada resistência à oxidação pelo

calor e por manterem as propriedades mecânicas a temperaturas acima da ambiente, às vezes,

relativamente elevadas.

- Aços para fins elétricos, empregados na fabricação de motores, transformadores e

outros tipos de máquinas e aparelhos elétricos, caracterizados por apresentarem Si em teores

acima dos normais (até 4,75%), ou altos teores de Co (até 50%Co), ou altos teores de Ni.

- Aços para fins magnéticos, com alto teor de C, Cr médio, eventualmente W

relativamente elevado, Mo e Co (até cerca de 40%Co), esses aços, quando temperados,

apresentam o característico de imantação permanente representado pelo produto (BH) bastante

elevado.

- Aços ultra resistentes, desenvolvidos principalmente pela necessidade de aplicações na

indústria aeronáutica, mas cuja utilização está se estendendo a outros setores de engenharia,

nesses aços procuram-se uma elevada relação resistência/peso, alguns podem apresentar

limites de escoamento superiores a 150 kgf/mm2 (1.470 MPa), as excepcionais propriedades

mecânicas são conseguidas mediante o emprego de tratamentos térmicos em composições

contendo diversos elementos de liga em teores geralmente baixos. Exemplo: aço “maraging” em

que os elementos de liga estão em teores mais elevados: até 18%Ni ou mais, além de Co, Mo,

Ti, e baixo carbono. São obtidos por um tratamento de endurecimento por precipitação, atingindo

limite de tração até 280 kgf/mm2 (2.745 MPa) e excelente ductilidade.

- Aços criogénicos, caracterizados por sua resistência ao efeito de baixas temperaturas.

- Aços sinterizados, produtos da metalurgia do pó, incluindo ferro praticamente isento de

carbono, aços comuns e alguns aços especiais, de aplicação crescente na indústria moderna.

- Aços para estampagem, indicados em aplicações em que ocorrem desde deformações

relativamente pequenas até situações de conformação bastante severas.

3.1. Aços para fundição


16

Aço fundido é aquele que é vazado em moldes de areia ou metálicas, onde solidifica e

adquire a forma exata da cavidade do molde, de modo a apresentar a forma praticamente

definitiva, sem necessidade de qualquer transformação mecânica posterior.

Fig.13: Aço fundido

Emprego de aços fundidos

Produção de peças de grande variedade de formas e dimensões, com razoável resistência

e tenacidade a um custo relativamente baixo.

Sob o ponto de vista de propriedades mecânicas, admite-se que o aço fundido seja de

qualidade inferior ao trabalhado. Além disso, é freqüente as peças fundidas apresentarem

alguns defeitos superficiais ou internos, típicos dos processos de fundição.

Ao rigor, as peças de aço fundido devem possuir certos requisitos como:

homogeneidade em toda a sua extensão (projeto adequado da peça e do molde);

granulação fina (TT adequado);

completa isenção de tensões internas (TT adequado).

Tipos de aços para fundição

Aços de baixo carbono (C inferior a 0,20%);

Aços de médio carbono (C entre 0,20 e 0,50%);

Aços de alto carbono (C acima de 0,50%);

Aços-liga de baixo teor em liga (teor total de liga inferior a 8%);

Aços-liga de alto teor em liga (teor total de liga superior a 8%), não serão abordados

esses aços no presente trabalho.

3.1.1 Aços-carbono de baixo carbono para fundição


17

Composição química, em geral:

Tabela 1.1: Composição de aços carbono de baixo carbono para fundição (%).

Propriedades notáveis:

As peças fundidas com baixo teor de C apresentam boa soldabilidade;

As propriedades magnéticas tornam as peças indicadas para a fabricação de

equipamento elétrico;

As peças podem ser endurecidas superficialmente por cementação;

Para melhorar a usinabilidade, aumentam o teor de enxofre até 0,08%S.

A Fig.7.1 mostra as propriedades mecânicas de aços-carbono de baixo C para fundição.

Não há muita diferença entre as propriedades destes aços no estado recozido, normalizado ou

fundido. Contudo, as peças fundidas são recozidas e normalizadas para refinar ou normalizar a

estrutura e aliviar as tensões internas, quando se trata de peças com diferentes seções.

C Mn Si P S Fe

0,16 a 0,19 0,50 a 0,80 0,35 a 0,70 0,05 max. 0,06 max. Rest.

Du

reza

, HB

140

120

100

Du

ctili

dad

e, %

80

60

40

20

Estricção

Alongamento

500

400

300

Res

istê

nci

a m

ecân

ica,

MP

a

Limite de escoamento

Lim. res. à tração


18

Fig. 1.1: Propriedades mecânicas de aço-carbono de baixo carbono para fundição.

Aplicações:

em equipamentos ferroviários, onde as formas são, em geral, simétricas e as condições

para o aparecimento de tensões foram bem determinadas, de modo a serem evitadas;

em formas e dimensões as mais variadas, para aplicações gerais que exigem tratamento

de alívio de tensões;

peças para equipamento elétrico.

3.1.2. Aços-carbono de médio carbono para fundição

Composição química, em geral:

Tabela 1.2: Composição de aços carbono de médio carbono para fundição (%).

C Mn Si P S Fe

0,20 a 0,50 0, 50 a 1,50 0,35 a 0,80 0,05 max. 0,06 max. Rest.

Nas peças fundidas com aços de médio teor de C é sempre aplicado o TT de alívio de

tensões, para refinar a estrutura e melhorar a ductilidade. Muitas peças são revenidas após a

normalização.

Propriedades notáveis:

As peças fundidas com médio teor de C apresentam boa soldabilidade e usinabilidade;

O manganês nos teores mais elevados, melhora a resistência mecânica.

Alo

nga

men

to, %

40

30

20

Normalizado e temperado

Normalizado

Estado recozido

Estado fundido 800

Lim

. Res

istê

nci

a á

traç

ão, M

Pa

Normalizado


19

Fig. 1.2: Efeito do teor de C em propriedades mecânicas de aço-carbono de médio C para

fundição.

3.1.3. Aços-carbono de alto carbono para fundição

Tabela 1.3: Composição de aços carbono de médio carbono para fundição (%)

C Mn Si P S Fe

Acima de 0,50 0,50 a 1,50 0,35 a 0,70 0,05 max. 0,05 max. Rest.

A Fig. 3.3 mostra as propriedades mecânicas no estado recozido, desses tipos de aço. As

peças fundidas podem ser ocasionalmente submetidas a normalização e revenido; a têmpera

em óleo e o revenido melhoram apreciavelmente a resistência mecânica.

Du

ctili

dad

e, %

30

20

10

900

Res

istê

nci

a m

ecân

ica,

MP

a

Du

reza

, HB

Limite de resistência à tração

150

225

200

175

Estricção

Alongamento


20

Fig. 1.3: Efeito do teor de C em propriedades mecânicas de aço-carbono de alto C para

fundição, no estado recozido.

Aplicações principais:

- para as peças quando se exige altas dureza e resistência à abrasão, em peças como

matrizes ou estampas, cilindros de laminadores, partes de maquinas operatrizes, etc.

3.1.4. Aços-liga para fundição de baixo teor em liga (teor total de liga inferior a 8%)

Composição química:

Dentre os elementos de liga utilizados, o Mn é considerado o mais econômico e

apresentando, por outro lado, um efeito muito importante sobre a temperabilidade do aço. É

comum a utilização de aços ao Mn (de 1% a 3%Mn) para fundição.

Outros elementos de liga comumente adicionados são:

V, Ti, Al – quando se deseja refino dos grãos em aços normalizados

Ni, ou Mo, Cr e Cu, além do Mn - aumentam a temperabilidade do aço, permitindo o seu

resfriamento no ar,


21

Cu – melhora ligeiramente a corrosão e confere o endurecimento por precipitação (limites

de escoamento e a tração mais elevadas)

Cr, Mo, V e W, adicionados simultaneamente, conferem às peças fundidas boas condições

de serviço, quando estão sujeitas a temperaturas de vapor até 650o C,

Ni e Ni+V são elementos indicados para aço usado para peças sujeitas a temperaturas sub-

zero, devido a boa tenacidade,

Cr, junto com outros elementos (Mo, Ni, V, Mn) – é o elemento mais indicado para melhorar

a resistência a desgaste,

Ni+V, Mn+Mo e Ni+Mn são recomendados para aços de alta resistência a desgaste e alta

resistência mecânica.

Propriedades notáveis: estes aços foram elaborados para as peças que suportam:

maiores pressões,

maiores esforços de tração,

temperaturas de serviço tanto baixas, como elevadas,

apresentando maior dureza,

maior tenacidade,

maior resistência ao desgaste,

maior resistência a choque,

superior temperabilidade;

resistência à tração pode variar de 500 até 1400MPa.

Aplicações principais:

máquinas - ferramenta,

turbinas de vapor,

equipamento de transporte, de escavação,

para indústria naval,

para refino de petróleo,

para indústria de papel,

para indústria aeronáutica,


22

outros campos de engenharia e de indústria

3.1.5. Alguns tipos mais comuns de aços-liga para fundição:

- Aços para fundição ao níquel

Sua composição típica (%):

C Mn Si Ni Fe

0,15 a 0,60 0,50 a 1,00 0,20 a 0,75 0,50 a 3,5 Rest.

Aplicações: material ferroviário, em maquinarão de escavação e mineração, equipamento

naval e outras peças para indústria siderúrgica, mecânica, etc.

- Aços para fundição ao manganês


C Mn Si Fe

0,25 a 0,50 1,00 a 3,00 0,25 a 0,70 Rest.

São conhecidos com o nome “Hadfield”. O Mn, ainda, tem efeito evitar a fragilidade a

quente causada pelo S. Admita-se que acima de 0,6%Mn começa a atuar como elemento de

liga. Neste sentido, a ação de Mn é dupla: reforça a ferrita, onde se dissolve e forma carbeto

complexo de Fe e Mn.

Aplicações: peças para equipamento de escavação e construção de estradas que exigem

tenacidade aliada à resistência ao desgaste.

- Aços para fundição ao cromo


C Cr Fe

0,20 a 0,60 0,50 a 3,5 Rest.

O Cr aumenta a resistência mecânica a custa, entretanto, da queda da ductilidade, e

aumenta a resistência a corrosão. A sua ação na microestrutura - o Cr refina o tamanho do grão.


23

Aplicações: em peças sujeitas à corrosão pela água ou a temperaturas elevadas, com

resistência ao desgaste elevada.

- Aços para fundição ao cromo com elevado cromo e baixo carbono (4,0 a 6,5%Cr).

Adições de W (até 1,25%W) e Mo (até 0,70%Mo) melhora a resistência mecânica e à corrosão.

Aplicações: nas peças sujeitas a temperaturas ligeiramente elevadas e desgaste como em

usinas de força e refinarias de petróleo.

-Aços para fundição ao vanádio


C Mn Si V Fe

0,20 a 0,40 0,50 a 1,00 0,25 a 0,75 0,10 a 0,20 Rest.

A principal ação do vanádio é refinar o grão e melhorar a resistência ao choque dos aços.

Está presente na forma de seus carbetos.

Aplicações: nas peças ferroviárias (locomotivas, outras), equipamento de mineração, etc.

-Aços para fundição ao níquel-cromo


C Mn Si Cr Ni Fe

0, 30 a 1,00 0,60 a 1,00 0,30 a 0,70 0,50 a 2,00 0,50 a 3,5 Rest.

Esses aços atualmente são substituídos por aços níquel-cromo-molibdênio.

-Aços para fundição ao níquel-cromo-molibênio

São estes os aços mais comuns devido aos seus característicos de grande

endurecibilidade no resfriamento no ar, Por outro lado, a têmpera e o revenido podem produzir


24

resistência mecânica apreciável, mesmo em grandes seções. Os aços mais gerais pertencem às

duas classes: 8600 e 4300.

Para a classe 4300, a composição típica (%) é:

C Mn Ni Cr Mo Fe

0,33 0,75 1,75 0,70 0,30 Rest.

Para a classe 8600, a composição típica (%) é:

Aplicações: em peças sujeitas a esforços de fadiga, ao choque, ao desgaste e a

temperaturas elevadas, em equipamentos de escavação e construção, cilindros de laminadores,

maquinários de exploração, de petróleo, etc. Sua limite de resistência à tração, no estado

temperado, chega até 820 MPa (classe 4300) e 1090 MPa (classe 8600), com alongamento em

torno de 17%.

-Aços para fundição ao manganês- níquel


C Ni Mn Fe

0, 20 a 0,40 0,50 a 2,50 1,00 a 1,70 Rest.

O Ni nos aços ao manganês aumenta a sua resistência ao choque e diminui a fragilidade

de revenido.

Aplicações: em peças sujeitas a esforços consideráveis, como em certas partes de

equipamentos ferroviário, de construção e escavação. Sua resistência a tração (normalização e

revenido) chega a 700 MPa com o limite de escoamento de 440MPa.

C Mn Ni Cr Mo Fe

0,30 0,90 0,55 0,50 0,20 Rest.


25

-Aços para fundição ao níquel-molibdênio


C Mn Ni Mo Fe

0,15 a 0,40 0,60 a 1,00 0,50 a 2,5 0,20 a 0,60 Rest.

O Mo, adicionado aos aços-níquel, melhora suas propriedades mecânicas não só a

temperatura ambiente como também a altas temperaturas, além de melhorar a sua

endurecibilidade. Estes aços são temperadas e revenidas, possuem a tendência de endurecer

pelo resfriamento no ar.

Aplicações: são indicadas para a fabricação de peças fundidas de dimensões avantajadas

e formas complexas, onde não se aconselha a têmpera em água.

-Aços para fundição ao cromo-molibdênio


C Cr Mo Fe

0,20 a 1,0 0,75 a 1,70 0,20 a 0,60 Rest.

O Mo, além de melhorar todas as propriedades mecânicas, reduz a tendência típica para

aços-cromo à fragilidade de revenido.

Características: alta resistência à fluência, elevados valores de limite de escoamento e

excelente resistência ao desgaste.

Aplicações: estes aços fundidos são empregados onde se verificam temperaturas

moderadamente elevadas. Tratamento: têmpera e revenimento.

Ainda, existem aços fundidos com dois ou mais elementos de liga como aços de cromo-

vanádio, ou manganês-vanádio, ou manganês-cromo-molibdénio, etc.

Aplicações: estes aços fundidos são empregados onde se verificam temperaturas

moderadamente elevadas, com melhores características mecânicas, ou endurecibilidade, ou à

corrosão ou à calor, do que os aços com um só elemento de liga.


26

3.2. Aços estruturais

Entre os materiais de construção, o aço tem uma posição de relevo: combina resistência

mecânica, trabalhabilidade, disponibilidade e baixo custo.

Aços estruturais são aplicados em todos os campos de engenharia, nas estruturas, fixas,

como de edifícios, pontes, ou móveis, como na indústria ferroviária, automobilística, naval,

aeronáutica e etc.

São caracterizados por apresentarem alta resistência mecânica assim, são indicados

principalmente para usos planos e aplicações que requeiram dobramentos simples, corrugações

ou conformações leves, como silos, perfis estruturais para construção civil e estruturas de

ônibus.

Os aços estruturais utilizados no Brasil são produzidos segundo normas estrangeiras

(especialmente a ASTM (American Society for Testing and Materials) e DIN (Deutsche Industrie

Normen) ou fornecidos segundo denominação dos próprios fabricantes.

Aços carbono comuns simplesmente laminados, sem TT, são utilizados na maioria das

aplicações, onde a importância da resistência mecânica é pequena e o fator peso não é

primordial.

Em outras aplicações, exige-se uma relação resistência/peso satisfatória. (indústria de

transporte, em geral), além de resistência a corrosão, choque térmico repentinos. Nestas

aplicações, os aços indicados são os de baixo teor em liga, conhecidos como “de alta resistência

e baixo teor de liga”.

Assim, todos os aços estruturais são divididos inicialmente em 2 grupos:

- Aços – carbono

- Aços de alta resistência e baixo teor em liga

3.2.1. Aços carbono para estruturas

Requisições:

- ductilidade e homogeneidade;

- valor elevado da relação entre limite de resistência e limite de escoamento

- soldabilidade


27

- suscetibilidade de corte por chama, sem endurecimento,

- resistência razoável à corrosão.

Com a adição de cobre (até 0,25%), a resistência à corrosão aumenta 2 vezes comparando

com aço-carbono comum e satisfaz as necessidades.

Aços de baixo e médio carbono

Para a maioria das aplicações estruturais, o teor de carbono desses aços varia de 0,15 a

0,40%C, com os outros elementos (Mn, Si e S) nos teores considerados normais.

Nas estruturas, os perfis de aço-carbono utilizados são os mais diversos: barras redondas

(inclusive em concreto armado), quadradas, hexagonais, ovais, barras chatas, cantoneiras, tês,

eles, duplos tês, etc.

Todos estes perfis são produzidos por laminação e empregados neste estado, geralmente

sem qualquer tratamento térmico (TT) ou mecânico (TTM) posterior.

Aços de alto carbono

Os aços de alto carbono – em torno de eutetóide ou acima – já são considerados materiais

de natureza e aplicações especiais. São utilizados na forma de fios e barras geralmente com TT

particular, ou no estado encruado, em estruturas do tipo de pontes pênseis, concreto protendito,

cabos, etc.

Para o emprego em concreto armado, os aços-carbono podem ser classificados da

seguinte maneira:

1. aços –carbono de dureza natural, laminados a quente;

2. aços encruados a frio;

3. aços para concreto protendido (ou “patenting”, ou patenteados).


28

1. Ao primeiro grupo, pertencem os aços CA-25 e CA-32, com limites mínimos de

escoamento de 25kgf/mm2 (250 MPa) e 32kgf/mm2 (310 MPa), e o aço CA-50, fabricado muito

no Brasil.

2. Os aços encruados a frio caracterizam-se por apresentarem superior resistência.

Dividem-se em:

aços encruados por tração (aços trefilados);

aços encruados por torção;

aços encruados por compressão (chamados aços “mordidos”).

Nestes casos são utilizados aços CA-25, CA-32, CA-40, CA-50 e CA-60.

3. Para concreto protendido, no Brasil, fabricam-se seguintes aços:

Aço trefilado patenteado (inicialmente patenteados e em seguida trefilados);

Aço aliviado de tensões (inicialmente patenteados e em seguida trefilados, com um TT

para alívio de tensões);

Aço estabilizado (o fio estirado e mantido sob comprimento constante, ceded com o

tempe e perde tensão).

Tabela 2.1: Comparação das propriedades importantes dos aços carbono encruados, empregado para concreto armado.

Tipo de encruamento

Propriedades importantes

Limite convencional, n

Alongamento

Limite de

resistência à tração

Aços encruados por tração

(aços trefilados)

60 kgf/mm2

(590 MPa) 6 a 8%

65 a 75 kgf/mm2

(640 a 740 MPa)

Aços encruados por torção 40,50 e 60 kgf/mm2

(390, 490 e 590 MPa) 8 a 10%

1 0% acima do limite convencional


29

Aços encruados por compressão (aços “mordidos”)

50 kgf/mm2

(490 MPa) 4 a 6%

55 a 66 kgf/mm2

(540 a 650 MPa)

Sua composição química (em %) está dentro da seguinte faixa:

Tabela 2.2: Composição química de aços carbono para estrutura.

C Mn Si S P Fe

0,60 a 0,90 0,50 a 0,90 0,10 a 0,35 0,05 max. 0,05 max. Rest

São todos produzidos por chamado “fio-máquina”, submetidos antes da trefilação ao

tratamento “patenteamento”. A diferença entre os três tipos reside no TT final.

Os aços para concreto protendido são designados com as letras CP, às quais se seguem

algarismos que indicam aproximadamente a tensão de ruptura, em kgf/mm2. No Brasil fabricam-

se fios das categorias CP-150, CP-160 e CP-170. As tensões de escoamento ou de limite

convencional, n, devem ser 10% abaixo das de ruptura.

3.2.2. Aços de alta resistência e baixo teor em liga para estruturas

A tendência atual é usar aços mais resistentes, para diminuir o peso das construções.

Efeitos esperados de uso de aço-liga, sem afetar muito sua trabalhabilidade e soldabilidade, são

seguintes:

aumentar a resistência mecânica e diminuir secções das peças;

melhorar a resistência à corrosão atmosférica;

melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga.

Tabela2.3:Composição típica dos aços de alta resistência e baixo teor de liga, em %.


30

C P Si Mn Cu Cr Ni Mo

0,28 a 0,60 0,01 a 0,12 0,01 a 0,9 0,35 a 1,60 0 a 1,25 0 a 1,80 0 a 5,25 0 a 0,65

Zr Al S Ti B Nb Fe

0 a 0,12 0 a 0,20 0 a 0,03 0 a 0,05 0 a 0,005 0 a 0,10 Rest.

Função dos elementos de liga:

C – é principal responsável pelo aumento da resistência mecânica e pela queda da

ductilidade, trabalhabilidade, resistência ao choque e soldabilidade. Pelos seus efeitos

Negativos, é mantido baixo.

Mn – atua como C, mas na escala menor. Elemento fortalecedor da ferrita.

P – aumenta a resistência mecânica, mas prejudica a ductilidade do aço, produzindo

“frajilidade a frio” sobretudo quando o C é alto.

Si – aumenta a resistência mecânica e à oxidação a temperaturas elevadas. Entretanto, é

mantido em quantidades baixas, suficientes para acalmar os aços.

Cu – seu principal efeito é melhorar a resistência à corrosão atmosférica. Ainda, aumenta

propriedades mecânicas por precipitação.

Cr – em teores baixos, aumenta a resistência mecânica, o limite elástico, a tenacidae e a

resistência ao choque do aço. Em teores elevadas, aumenta a resistência ao desgaste, por

formar carbonetos duros.

Ni – melhora propriedades mecânicas, resistência à corrosão, além de refinar a

granulação. Para melhorar resistência à corrosão atmosférica é quase tanto benéfico como o

cobre, sem inconvenientes do Cu (fundição com o aparecimento nos contornos de grãos,

durante o aquecimento e deformação a quente do aço). Nos teores de Cu superiores a 0,5%, o

Ni é adicionado para ligar-se ao Cu e formar uma liga com T de fusão maior.

Mo – aumenta a resistência mecânica e reduz a susceptibilidade à “fragilidade de

revenido”, além de melhorar as propriedades as temperaturas mais elevadas.

Zr – atua como desoxidante e garante granulação fina.


31

Al – atua como desoxidante e refina os grãos. È considerado o mais eficiente para

controlar o crescimento de grão.

V – aumenta a resistência dos aços, atuando em dois sentidos: fortalece a ferrita por

endurecimento per precipitação e refina a sua granulação. (precipitação de carboneto ou nitreto

de vanádio).

N – até 0,2% atua para melhorar a resistência mecânica. Junto com o vanádio, promove o

endurecimento por precipitação.

Nb – pequenos teores de Nb elevam o limite de escoamento e, em menor proporção, o

limite de resistência à tração. Com 0,02Nb, o limite de escoamento aumenta em até 10 kgf/mm2

(105MPa).

Terras raras: cério, lantânio ou praseodímio, ou “mish-metal” (liga de cério, lantânio e

neodímio) – produzem sulfetos de pontos de fusão mais elevados, os quais na laminação a

quente, não se alongam, melhorando os característicos de tenacidade na secção transversal.

Tipos de aços de alta resistência e baixo teor em liga

Estes aços pode ser agrupados em 4 categorias:

a) Aços estruturais perlíticos, na condição laminada, com o limite de escoamento de 28 a

35 kgf/mm2.

b) Aços-carbono normalizados ou temperados e revenidos, com o limite de escoamento

mínimo de 29,5 a 70,0 kgf/mm2.

c) Aços de baixo teor de liga temperados e revenidos, com o limite de escoamento

mínimo de 56 a 77 kgf/mm2.

d) Aços microligados, com uma combinação de micro - adições de determinados

elementos de liga, de alto limite de escoamento, obtidos em condições controladas de laminação

e forjamento.

Aços de média resistência para uso geral

Descrição Material

Perfis, Chapas e barras

redondas

ASTM A- 36


32

Tabela 2.4: Descrição dos aços estruturais segundo seu uso.

Aplicações:

São amplamente utilizados em componentes estruturais que precisam ter desempenho

mecânico aliado a boas características de soldabilidade, como pontes, torres de linhas de

transmissão, caçambas e estruturas de máquinas.

Claro que há casos específicos, mas de maneira geral pode-se dizer que os perfis de aço utilizados na

construção de edifícios de andares múltiplos são os mesmos empregados na construção de galpões e outras

estruturas.

3.3. Aços para trilhos

Os trilhos são afixados de forma paralela entre si, formando as vias-férreas por onde

podem transitar trens, bondes, litorinas, etc, dependendo da finalidade a que foram construídas.

Os trilhos também podem ser utilizados para formar o caminho de rolamento de uma ponte

rolante. Dessa forma, os trilhos são sujeitos a condições relativamente severas: choque e

esforços de flexão, desgaste de superfície. Ainda, as extremidades dos trilhos sofrem ainda mais

por amassamento e choque.

Tabela 3.1: Composição química dos aços para trilhos, (em %).

C Mn P S Si Fe

0,67 a 0,80 0,70 a 1,00 0, 035 max. 0, 040 max. 0,10 a 0,35 Rest.

acima de 50 mm

Chapas finas ASTM A-570 e SAE 1020

Barras redondas (6 a 50 mm) SAE 1020

Tubos redondos sem costura DIN 2448, ASTM A-53 grau B

Tubot Tubos quadrados e

retangulares, com e sem costura

DIN 17100

Aços estruturais, baixa liga, resistentes à corrosão atmosférica, média resistência mecânica

Chapas USI-SAC 41 (USIMINAS)

Chapas Aço estrutural com limite de escoamento de 245 MPa (COSIPA)

Aços estruturais, baixa liga, resistentes à corrosão atmosférica, alta resistência mecânica

Chapas ASTM A-242, ASTM A-588 COS-AR-COR (COSIPA),

USI-SAC-50 (USIMINAS) e NIOCOR (CSN)

Perfis ASTM A-242, A-588 (COFAVI)

http://www.vtn.com.br/materiais-de-construcao/dicas-de-construcao/ferro-e-aco/acos-estruturais.php



33

O Mn melhora a resistência ao desgaste e garante a ausência total da “fragilidade a

quente” causada pelo FeS, o que é fundamental visto que esses aços são laminados a quente.

Tabela 3.2: Propriedades típicas dos aços para trilhos.

Propriedade Grandeza

Limite de escoamento 59,5 (495) kgf/mm2 (MPa)

Limite de resistência à tração 98,0 (960) kgf/mm2 (MPa)

Alongamento 9 %

Estricção 12 %

Dureza Brinell 300 HB

Resistência ao choque (Izod) 0,28 (2,75) kgfm ( J )

Tabela 3.3: Composições químicas típicas de trilhos de aço comum e de alta resistência.

Fabricante

Tipo

Composição química, %

C Mn Si Cr V Nb Mo

Padrão “American Railway

Engineering Association”, AREA

0,80 0,90 0,20 - - - -

C.F.&I. Alto Si 0,75 0,80 0,65 - - - -

Cr-Mo 0,78 0,84 0,65 0,74 - - 0,18

Algoma Cr 0,75 0,65 0,25 1,15 - - -


34

British Steel Cr 0,75 1,25 0,35 1,15 - - -

Krupp Cr-Si 0,70 1,05 0,75 1,00 - - -

Thyssen Cr-Si-V 0,65 1,05 0,60 1,15 0,20 - -

Klockner Cr-Mo-V 0,65 0,80 0,30 1,00 0,10 - 0,10

Sydney Mn-Cr-V 0,70 1,65 0,20 0,30 0,10 - -

Cr-Si-Nb 0,70 1,10 0,55 0,80 - 0,06 -

Aço brasileiro

(CSN) Si-Nb 0,74 1,30 0,80 - - 0,03 -

Rússia AREA 0,75 0,90 0,30 - - - -

3.4. Aços para produtos planos

Aços para chapas são caracterizados geralmente pela ductilidade e grande facilidade de

conformação. Não apresentam elevados valores para as propriedades mecânicas, mesmo

porque as cargas que irão suportar são comumente baixas (o próprio peso). Devido às

condições de trabalho, esses produtos devem possuir certa resistência à corrosão atmosférica e,

para determinadas aplicações, resistência ao ataque de outros agentes químicos. Como o aço

utilizaado na fabricação de chapas comuns não possui característicos de resistência à corrosão

suficiente, costuma-se aplicar-lhes um revestimento protetor, cujo tipo depende principalmente

das condições de trabalho, da aparência desejada e do custo.

As requisições essenciais para aços para chapas:

Elevada trabalhabilidade, para maior facilidade de conformação;

Boa soldabilidade para maior facilidade de sua montagem em estruturas;

Superfície sem defeitos, no caso da sua aplicação em estampagem profunda;

Aspecto superficial conveniente, para a maioria das aplicações, obtido por acabamentos ou

revestimentos superficiais;

Baixo custo.

Aços para chapas


35

Para a maioria das aplicações, se usam aços-carbono de baixo carbono, havendo,

contudo, importantes aplicações de aços de médio e alto teor de carbono.

Ferro Armco

Aço de baixo carbono, ou doce.

Aço estrutural.

Tabela 4.1: Composição dos aços-carbono para chapas.

Aço Elementos de liga, %

C Mn P S Si Outros Fe

Ferro Armco 0,012 0,017 0,005 0,025 Traços Rest.

Aço doce 0,03 a 0,12 0,20 a 0,60 0,04 max. 0,15 max. traços Rest.

Nessa categoria, pode-se considerar o ferro comercialmente puro, cujo tipo mais comum é

chamado “ferro Armco”. O ferro Armco, marca registrada pela “American Rolling Mills Company”,

é um material de grande pureza, pois apresenta um teor de impurezas, incluindo o C, inferior a

0,16%.

A maior parte do aço em chapas e folhas é do tipo “de baixo carbono”, ou “doce”. Que é

mais barato do que o ferro Armco, entretanto possui propriedades semelhantes. Evidentemente,

a sua resistência à corrosão é inferior à do ferro Armco, puro. Entretanto, uma pequena adição

de Cu (0,25%Cu) melhora esta característica.

Tabela 4.2: Propriedades do ferro Armco

Propriedades Grandeza

Limite de escoamento 18,0 a 22,5 (180 a 225) kgf/mm2 (MPa)

Limite de resistência à tração 29,5 a 35 (285 a 340) kgf/mm2 (MPa)

Alongamento 22 a 28 (até 40) %

Estricção 65 a 78 %


36

Dureza Brinell 82 a 110 HB

Tabela 4.3. Característicos de chapas finas e tiras de baixo carbono, laminadas a quente

Especificação de qualidade

Especificação

aplicável ASTM Tipo AISI-SAE Forma do produto Espessura

Comercial

A569 1008-1012 Chapa fina

Tira

1,50 – 5,82

0,86 – 5,82

A635 1008 – 1012 Chapa fina

Tira

5,84 – 12,7

0,86 – 5,82

A659 1015 -1023 Chapa fina

Tira

1,50- - 5,82

0,86 – 5,82

Estampagem A621 1006 - 1008 Chapa fina

Tira

1,91 – 4,75

...

Estampagem especialmente acalmada

A622 1006 - 1008 Chapa fina

Tira

1,91 – 4,75

...

Tabela 4.4: Característicos de chapas finas e tiras de baixo carbono, laminadas a frio

Especificação de qualidade

Especificação

aplicável

ASTM

Tipo AISI-SAE

Forma do produto Espessura

Comercial Classe 1

Classe 2 A366 1008 - 1012

Chapa fina

Chapa fina

0,64 – 2,79

0,64 – 2,79

Estampagem Classe 1

Classe 2 A619 1006 -1008

Chapa fina

Chapa fina

0,64 – 2,79

0,64 – 2,79

Estampagem Classe 1 A620 1006 - 1008 Chapa fina 0,64 – 2,79


37

especialmente

acalmada

Classe 2 Chapa fina 0,64 – 2,79

Estrutural

A611 Nenhum Chapa fina ...

Classe 1 – encruada por laminação a frio; Classe 2 – totalmente recozida.

A primeira classe destina-se a aplicações onde o aspecto superficial é importante e onde

exige-se superfície plana. A segunda classe correspondente ao material totalmente recozido

destina-se a aplicação onde a aparência superficial é menos importante, assim como são menos

importantes a textura superficial, imperfeições, etc.

Os aços-liga mais usados são SAE : 4130, 4140 e outros.

Tabela 4.5: Aços-liga utilizados em chapas e tiras

Tipo C Mn Si Cr Ni Mo

4130 0,28-0,33 0,40-0,60 0,15-0,30 0,80-1,10 - 0,15-0,25

4140 0,38-0,43 0,75-1,00 0,15-0,30 0,80-1,10 - 0,15-0,25

4142 0,40-0,45 0,75-1,00 0,15-0,30 0,80-1,10 - 0,15-0,25

4145 0,43-0,48 0,75-1,00 0,15-0,30 0,80-1,10 - 0,15-0,25


38

4150 0,48-0,53 0,75-1,00 0,15-0,30 0,80-1,10 - 0,15-0,25

4340 0,38-0,43 0,60-0,80 0,15-0,30 0,70-0,90 1,65-2,00 0,20-0,30

5140 0,38-0,43 0,70-0,90 0,15-0,30 0,70-0,90 - -

5150 0,48-0,53 0,70-0,90 0,15-0,30 0,70-0,90 - -

5160 0,55-0,65 0,75-1,00 0,15-0,30 0,70-0,90 - -

6150 0,48-0,53 0,70-0,90 0,15-0,30 0,80-1,10 - --

8615 0,13-0,18 0,70-0,90 0,15-0,30 0,40-0,60 0,40-0,70 0,15-0,25

8617 0,15-0,20 0,70-0,90 0,15-0,30 0,40-0,60 0,40-0,70 0,15-0,25

8620 0,18-0,23 0,70-0,90 0,15-0,30 0,40-0,60 0,40-0,70 0,15-0,25

8630 0,28-0,33 0,70-0,90 0,15-0,30 0,40-0,60 0,40-0,70 0,15-0,25

8640 0,38-0,43 0,75-1,00 0,15-0,30 0,40-0,60 0,40-0,70 0,15-0,25

8645 0,43-0,48 0,75-1,00 0,15-0,30 0,40-0,60 0,40-0,70 0,15-0,25

As chapas de aço-liga são classificadas pela norma ASTM A505 em:

qualidade regular (aplicações gerais com moderadas estampabilidade e dobramento. As

condições superficiais não são exigentes.

qualidade para estampagem (condições muito severas de conformação mecânica a frio,

como estampagem profunda, sem imperfeições sueprficiais, composição química uniforme.

qualidade para construção aeronáutica (para peças sujeitas a grandes tensões.

qualidade aeronáutica estrutural (além de todas as exigências da anterior devem obedecer

exigências específicas de limite de escoamento, limite de resistência à tração, alongamento,

dobramento, etc. )

qualidade para mancais (chapas finas e tiras de aço-liga para cementação ),

qualidade para serras (lâminas de serra de fita)

Revestimentos de chapas de aço


39

zincagem (proteção contra corrosão)

estanhagem (proteção contra corrosão)

revestimento de chumbo (“terne”, com 3% a 15% de Sn), proteção contra corrosão,

trabalhabilidade e soldabilidade;

revestimento de alumínio (resistência ao calor e à corrosão, efeito decorativo)

fosfatização (como base de pintura de chapas de aço não galvanizadas)

anodização (aplicada em aço galvanuzado, para aumentar sua resistência a corrosão);

pintura (aplicada em aço galvanizado, aumenta a durabilidade do metal e confere efeitos

decorativos).

esmaltação porcelánica (aplica-se em aço de muito baixo carbono (até 0,08%C), um

revestimento inorgânico, aplicado em t=730 a 870o C.

3.5. Aços para tubos

A importância dos produtos tubulares deve-se à diversidade do seu emprego:

encanamentos de água, vapor, óleo, gás, ar comprimido, aquecimento, poços de água e de

petróleo, fins estruturais e mecânicos, fins estruturais e ornamentais em construção, arquitetura

e aplicações semelhantes, eletrodutos para fins elétricos e telefônicos, etc.

Os produtos tubulares, pela produção, podem ser divididos em:

tubos inteiriços ou sem costura;

tubos soldados ou com costura.

3.5.1. Tubos sem costura

Estes tubos são fabricados a partir de tarugos cheios de aço por processos diversos,

geralmente perfuração, extrusão ou mandrilagem, podendo atingir diâmetros até cerca de

660 mm (26 polegadas)

3.5.2. Tubos com costura

Estes tubos são obtidos a partir de tiras de aço laminadas a quente, cuja largura

corresponde à circunferência do tubo e cuja espessura à espessura do tubo, as quais são

aquecidas a elevada temperatura (corresponde à da soldagem do aço) e em seguida passadas

através de uma matriz adequada que as dobra na forma de um cilindro, ao mesmo tempo que

suas extremidades são soldadas de modo a ficar constituindo o tubo. Há vários métodos de


40

soldagem dos tubos com costura, os quais podem atingir até 762 mm (30 polegadas) de

diâmetro.

Ainda, os tubos podem ser divididos em tubos de peso normal, extra-fortes, duplo-extra-

fortes, de acordo com o seu peso e sua resistência, tendo em vista sua aplicação final, desde o

eletroduto leve para fios elétricos até os tubos para produção de poços de petróleo.

Freqüentemente, os tubos são estirados a frio, para produzir paredes mais finas, de

diâmetros pequenos, melhorar o acabamento da superfície, melhorar propriedades mecânicas

(resistência a tração), etc.

Finalmente, muitos produtos tubulares de aço são recobertos de uma camada de Zn, por

galvanização.

Para aplicações mais comuns, o aço para tubos é aço-carbono de baixo teor de carbono

(de 0,10 a 0,25%C), possuindo uma resistência a tração variando de 35 a 50kgf/mm2 (340 a 490

MPa). No caso de aplicações com maior responsabilidade, usa-se aço de carbono médio, de

0,30 a 0,50%C, com resistência a tração de 50 a 60 kgf/mm2 (490 a 590 MPa).

A ABNT, pelas suas especificações Brasileiras EB-349 e EB-193, especifica “Tubos de aço

de precisão com costura” - EB-349, e “Tubos de aço de precisão sem costura” - EB-193.

Pela EB-349 (Tubos com costura), os tubos são fornecidos nos estados “trefilado duro”,

“trefilado macio”, “recozido” e “normalizado”, da composição química:

Tabela 5.1: Composição química de tubos com costura.

C Mn Si P S Fe

0,08 a 0,38% 0,25 a 1,40% 0,10 a 0,55% 0 04 % max. 0,05% max. Rest.

Tabela 5.2: Propriedades mecânicas dos tubos com costura.

No estado normalizado:

Resistência a tração 34 a 50 kgf/mm2 (330 a 490 MPa)

Limite de escoamento 21 a 26 kgf/mm2 (210 a 260 MPa)

alongamento 26 a 20%


41

No estado trefilado duro


alongamento 6 a 4%

No estado trefilado macio :


alongamento 10 a 6%

No estado recozido:



Pela EB-193 (Tubos sem costura), os tubos são fornecidos, igualmente, nos estados

“trefilado duro”, “trefilado macio”, “recozido” e “normalizado”, da composição química que varia:

Tabela 5.3: Composição química de tubos sem costura.

C Mn Si P S Fe

0,08 a 0,38% 0,25 a 1,40% 0,10 a 0,55% 0, 04 % max. 0,05% max. Rest.

Tabela 5.4: Propriedades mecânicas dos tubos sem costura.

No estado normalizado:


Limite de escoamento 24 a 36 kgf/mm2 (240 a 350 MPa)


No estado trefilado duro


alongamento 6 a 4%

No estado trefilado macio:


alongamento 10 a 6%


42

No estado recozido:



No caso de aplicações em elevadas temperaturas (resistência a fluência ou a corrosão),

usam-se aços-liga. No caso de resistência a calor e a fluência, adicionam Mn ou Mn+Cr, em

pequenos teores.

Para serviços a alta temperatura, (tubos de fornos e fornalha, indústria química e de refino

de petróleo, em caldeiras, aquecedores, para indústria química, há uma variedade grande de

tipos de aços, com elementos de liga Cr e Mo.

O cromo (Cr) melhora a resistência a oxidação e a corrosão, aumentam ligeiramente o

limite de escoamento, a resistência a tração e dureza (o teor de Cr máximo é de 9%).

O molibdênio, Mo, melhora a resistência a fluência a elevadas temperaturas, mas não

melhora a resistência a corrosão ou oxidação. O teor máximo de Mo é de 1%.

No estado recozido, o limite de escoamento varia de 27 a 41 kgf/mm2, e limite de

resistência a tração de 42 a 61 kgf/mm2, alongamento (em 50mm) de 40 a 53%.

Para indústria automobilística, os produtos tubulares são de baixo carbono (0,05 a

0,15%C), do tipo com costura, no estado recozido, apresentando limite de resistência a tração

de 30 kgf/mm2, com alongamento médio (em 50 mm) de 14 a 40%.

De carbono médio, 0,30 a 0,40%C, com 0,35 a 0,65%Mn e 2,75 a 3,50%Ni, com limite de

escoamento de 50 kgf/mm2, limite de resistência a tração de 70 kgf/mm2

3.6 Aços para barras, arames e fios

Barras arames e fios são produtos de secção transversal uniforme, com diâmetros

variáveis desde 0,02 mm até 20 mm ou mais.

Barras

São produzidas semi-acabadas obtidas na laminação e destinadas à produção de fios e

arames. As barras de aço carbono que são destinadas a produzir fios e arames para aplicações

especiais, como fio de musica, aros de pneus e outras aplicações de maior responsabilidade,

devem ser produzidas de modo a reduzir-se ao mínimo a incidência de imperfeições superficiais,

porque essas diminuem a resistência á fadiga do produto final.

Arames e fios

Esses materiais são produzidos pela trefilação do fio - máquina, obtido a partir de barras.


43

Os arames de aço podem ser classificados pela forma, pela composição química ou pelas

suas aplicações comerciais.

Os aços utilizados na produção desses materiais variam de composição, desde aços de

carbono mais baixo, para aplicações mais comuns, passando pelos aços de médio carbono e de

alto carbono, para as aplicações de maior responsabilidade até os aço-liga, com teores variáveis

de elementos de liga.

Tabela 6.1: Resistência á tração de barra laminadas a quente de 5,6 mm de diâmetro de

aços de baio, médio e alto teor de carbono.

Em qualquer caso, os produtos obtidos podem ser empregados no estado recozido ou no

estado encruado e podem ainda serem submetidos à tempera e ao revenimento.

3.6.1 Aços baixo carbono

Os aços baixo carbono são empregados em aplicações de menor responsabilidade. Entre

os aços recomendados para essa aplicação citam-se os tipos AISI 1005, 1006, 1008, 1010,

1012, 1015, 1020, 1022. São utilizados no estado encruado, sem tratamento térmico, ou

recozido, submetido a um recozimento, ou normalização após a trefilação. Para eletrodos de

solda a analise química é mais importante , assim com carbono em torno de 0,08%, o teor de

impurezas deve ser mantido ao mínimo, para evitar problemas de soldagem; o enxofre, por

exemplo em teores acima de 0,03%, provoca uma formação superficial muito grande de

crateras.


44

Para propriedades mecânicas melhores, aliados a boa trabalhabilidade, em aplicações

como para pregos, pinos ou peças conformadas, o teor de carbono pode variar de 0,10% a

0,20/0,25%, variando a resistência à tração entre 50 a 100 kgf/mm2 ( 490 a 980 MPa).

Os aços de baixo carbono para arames, quando recozidos, apresentam propriedades

mecânicas mais uniformes e são mais indicados a operações de conformação mais profunda,

como é o caso de parafusos ou rebites.

O arame de baixo carbono é geralmente trefilado o Maximo possível e recebe um

tratamento de recozimento ou normalização apenar com o objetivo de adguirir propriedades

mecânicas desejadas ou quando se torna excessivamente frágil. O encruamento resultante da

trefilação pode tornar o material tão frágil que impossibilita sua posterior deformação. Faz-se

então, um recozimento, seguido de decapagem, a fim de possibilitar posterior trefilação.

3.6.2 Aços de médio carbono

Os aços de médio carbono aliam altos limites de resistência à tração e fadiga a elevados

valores de dobramento e ductilidade, donde o seu emprego em cabos para elevadores e

aplicações análogas. Entre os aços recomendados citam-se os tipos AISI 1022 e AISI 1041. Em

geral, são processados por trefilação, exemplos: arames de aços SAE1035, 1040 ou 5410 para

fabricação de parafusos a serem temperados.

3.6.3Aço de alto carbono

São os mais importantes devido às aplicações a que se destinam e que exigem elevados

valores para as propriedades mecânicas. Tais arames são os mais difíceis de serem produzidos,

requerem métodos de precauções principalmente nos tratamentos térmicos e podem ser

agrupados em dois grupos:

- Não patenteados

- Patenteados

Tabela 6.2: Classificação de arames


45

3.7. Aços para mola

As molas constituem elementos de maquinas que exigem cuidados excepcionais tanto no

que se refere ao seu projeto como em relação aos materiais de que são fabricadas. As

condições de serviço das molas são muitas vezes extremamente severas pelos esforços,

temperaturas, meios corrosivos, vibrações, etc.

Fig. 7.1: Molas de aço.

Tabela 7.1: Descrição de aços usados para molas e suas características e aplicações.


46

Qualidades Equivalentes

Características Aplicações

ABNT 5160; SAE 5160

Boa temperabilidade, alta resistência a tração e a fadiga e boas

propriedades acima de 300 ºC. Na condição temperado,

sua dureza varia de 58 a 63 HRc. Retém a dureza após revenido.

Molas altamente solicitadas para indústria

automobilística e ferramentas manuais.

Aço para molas helicoidais enroladas a quente.

ABNT 9254; SAE 9254

Alta temperabilidade, boa forjabilidade e má soldabilidade.

Molas muito dúcteis e muito

solicitadas. Aço para molas de pequenas

dimensões conformadas a frio.

De modo geral, há dois tipos de molas:

molas helicoidais, ou em espiral;

molas semi-elípticas.

3.7.1. Molas helicoidais

As helicoidais são subdivididas em:

a) molas de extensão, caracterizadas por serem de bobina fechada, destinada a suportar

esforços de tração;

b) molas de compressão, de bobina aberta, destinadas a suportar esforços de compressão

e choque;

c) molas de torção, caracterizadas por serem de bobina fechada, destinadas a suportar

esforços laterais de torção.


47

Fig. 7.2: Alguns tipos de molas helicoidais: a) de extensão; b) de compressão; c) de torção

Pelas propriedades mecânicas, as molas devem possuir:

altos valores para os limites de elasticidade ou proporcionalidade sob tensão ou para

limite de proporcionalidade sob torção;

alto limite de fadiga, pois na industria automobilística, todas as molas falham por fadiga,

originando-se a ruptura em algum ponto de concentração de tensões, devido a imperfeições;

elevada resistência ao choque, principalmente em molas para automóvel, aviões e

aplicações similares.

3.7.2. Molas “semi – elípticas”

Estas molas são fabricadas a partir das tiras de aço que são, em seguida, geralmente

reunidas em feixes. Os aços molas de pequena espessura (inferior a 1/8”) podem ser fornecidos

nas condições seguintes:

laminadas a quente,

laminada a frio e recozida,

temperada e revenida.


48

Fabricação e composição química das molas

Dependendo das propriedades desejadas, das aplicações, do custo e da técnica de

fabricação, são usados:

aços –carbono variando de 0,50 a 1,20%C,

aços – liga.

Em princípio, há 2 métodos de fabricação de molas:

Método 1: As molas são obtidas a partir das tiras ou fios de aço – carbono ou aço – liga no

estado recozido; estes materiais, depois de conformados na forma da mola, são temperados em

óleo e revenidos.

Método 2: As molas são fabricadas de tiras ou fios de aço já endurecidos, incluindo-se a

“corda de piano”, estes materiais, depois de conformados em molas, sofrem usualmente um

tratamento térmico a baixa temperatura por 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 as cargas de serviço e não devem ser muito

duras.

Verificou-se que as molas de aço-carbono com diâmetro até 5/8” podem ser utilizadas com

segurança até temperaturas de 175o C desde que não sejam carregadas além de 56 kgf/mm2.

Os aços-liga Si-Mn, Cr-V e outros tipos para molas, trabalham as temperaturas até 200o C

se a carga não seja superior 56 kgf/mm2.

Acima de 230o C, deve-se usar ligas Cr-Ni ou aços-rápidos.

As molas helicoidais de pequena seção (“diâmetro máximo de ½”) são geralmente obtidas

enrolando-se a frio arames ou fios de aço, numa das 3 condições seguintes:

temperada e revenida;

trefilada a frio;

patenteada e encruada (“fio de música” ou “corda de piano”) – com melhoras propriedades

para molas de pequenas dimensões de aço-carbono.

Conclusões: Os aços para molas são semelhantes aos aços comerciais comuns, com a

diferença que apresentam maiores teores de carbono e Mn e requerem muito maior cuidado e

maior número de operações para a sua fabricação.

Das propriedades mecânicas, as críticas são limites de elasticidade (de 126 a 161 kgf/mm2)

e de fadiga, que devem ser muito elevados.

Às vezes, as molas são revestidas com Cd por eletrodeposição, para adquirirem resistência

a corrosão e a abrasão.


49

3.8. Aços de usinagem fácil

A usinabilidade é um dos característicos mais complexos dos metais, podendo ser definida

como “uma propriedade relacionada com a facilidade com que um metal pode ser cortado, de

acordo com as dimensões, forma e acabamento superficial requeridos comercialmente”

A usinabilidade depende de um grande numero de fatores, entre os quais a qualidade, o

tipo e a forma da ferramenta de corte, o tipo e o estado das maquina-ferramenta, a velocidade

de avanço e a profundidade de corte, o fluido para resfriamento, etc.

Fatores que influenciam a usinabilidade:

- dureza

- microestrutura

Dureza

- valores altos para a dureza significam dificuldades de usinagem,

- valores médios e baixos associam-se com boas propriedades de usinabilidade.

- se este for muito dúctil, será também muito plástico e o material tende a aderir, em vez de

ser arrancado, à ferramenta de corte.

Microestrutura

- a introdução de inclusões não metálicas melhora a usinabilidade;

- a introdução de metais moles (chumbo e bismuto) melhora a usinabilidade dos aços;

Tipos de aços de usinagem fácil

- com inclusões metálicas

- com introdução de chumbo


50

Tabela 8.1: Usinabilidade de aços de usinagem fácil (por centro de velocidade de corte

para o tipo 1212).

Para melhorar a usinabilidade dos aços costuma-se encruar os aços, resultando em

aumento de resistência mecânica e, sobretudo, da dureza, condições favoráveis sob o ponto de

vista de usinagem e de acabamento superficial.

As figuras 8.1 e 8.2 ilustram o efeito do encruamento num aço-carbono comum, e num aço

de usinagem fácil. Verifica-se que os efeitos do encruamento sobre a vida da ferramenta variam

consideravelmente de acordo com a composição do aço e com a operação especifica de

usinagem.


51

Fig. 8.1: Efeito do encruamento (por trefilação a frio) na vida da ferramenta na usinagem do

aço SAE 1016.

Fig. 8.2: Efeito do encruamento (por trefilaçao a frio) na vida de ferramenta na usinagem do

aço SAE 1144.


52

3.9. Aços para cementação

O enriquecimento superficial de carbono nos aços, proporcionado pela cementação, visa

produzir uma superfície de alta dureza e resistência ao desgaste, suposta por um núcleo tenaz.

Em princípio, inúmeros tipos de aços apresentam condições satisfatórias para esse fim. É

preciso considerar, entretanto, que a cementação exige tratamento térmico relativamemte

complexo, de modo que a seleção de aço para pacas cementadas não pode ser feita baseada

somente na plicaçao final do material, mas também tendo em vista o tratamento térmico que vai

sofrer.

Fatores predominantes

- meio de esfriamento a ser usado na têmpera após a cementação;

- tipo e grau de tensões a que as peças poderão estar sujeitas.

Aços para cementação:

- aços-carbono;

- aços-liga de baixo teor em liga;

- aços-liga de teor em liga mais elevado

3.9.1 Aço-carbono

O teor de carbono é de 0,08% a 0,25%. O seu tratamento térmico é fácil e perfeitamente

controlável. Não apresentam resitencia e tenacidade tão boas quanto os aços-liga. São

indicados para pinos, pequenas engrenagens, alavancas, eixos de comando de válvula, roletes,

enfim peças que não estão sujeitas a solicitações severas de outra natureza a não ser desgaste

superficial.

3.9.2 Aços-liga de baixo teor em liga

Contem um total de 1% a 2% de elemento de liga, como níquel, cromo, mobibidenio e

manganes. A Tabela 9.1 apresenta algumas composições típicas. São aplicados em

componentes da indústria automobilística, tais com engrenagens de transmissão, coroas,

pinhões, pinos de pistão etc.


53

Tabela 9.1: Aços-liga de baixo teor em liga para cementação.

3.9.3 Aços-liga de teor em liga mais elevado

A soma total de elementos de liga ultrapassa 2%, esses aços apresentam temperabilidade

muito elevada, de modo que o teor de carbono não deve superar 0,25%. A Tabela 9.2 dá

algumas composições típicas. Apresentam valores excepcionais de resistência e tenacidade do

núcleo e possibilitam a produção de peças cementadas de grande secção transversal. Possui

uso limitado devido ao custo e a dificuldade de fabricação. E são aplicadas da mesma forma que

os aços-liga de baixo teor em liga só que em condições mais severas.

Tabela 9.2: Aços-liga de alto teor em liga para cementação.

3.10. Aços para nitretação

A nitretação consiste na formação de nitretos de natureza complexa na superfície de certos

aços, originando uma camada superficial de dureza elevada, alta resistência ao desgaste, capaz

de reter a dureza até temperaturas da ordem de 500°C, resistente a certos tipos de corrosão e

maior resistência a fadiga. Uma das vantagens do processo sobre outros tratamentos termo-

quimicos de endurecimento superficial, reside no fato dele ser levado a efeito numa faixa de

temperaturas relativamente baixa- entre 500°C e 550°C ou 650°C no máximo- o que aliado à


54

ausência de qualquer tratamento térmico posterior, reduz ao mínimo as probabilidades de

empenamento das peças submetidas ao processo.

Composição química

- carbono- 0,30% a 0,45% - confere ao aço não só temperabilidade como também suporte

adequado à camada nitretada extremamente dura e muito fina;

- alumínio e cromo- 0,85% a 1,20% e 0,90% a 1,80% respectivamente- são elementos que

formam prontalmente nitretos; quanto maior a quantidade desses elementos dissolvidos na

ferrita, tanto mais facil a difusão do nitrogênio e tanto mais espessa a camada nitretada para um

tempo de nitretaçao determinado;

- molibidenio- 0,15% a 0,45%- diminui a fragilidade de revenido e confere resistência ao

revenido às temperaturas da nitretação;

- níquel- normalmente ausente, é adicionado em teores de 3,25% a 3,75%, quando se

deseja um núcleo de dureza mais elevada.

O aço a ser nitretado, alem de possuir composição determinada, deve apresentar estrutura

adequada. A estrutura que melhor se presta a nitretação é a sorbítica, porque a presença na

superfície do aço de carbonetos em emulsão na ferrita contribui para que a camada nitretada

formada adquira as desejadas qualidades de tenacidade. Essa estrutura sorbítica é obtida por

um revenido prévio.

Etapas de fabricação das peças nitretadas

- recozimento ou normalização;

- têmpera, em óleo ou água;

- revenido;

- usinagem grosseira;

- usinagem final e retificação;

- nitretação.


55

Tabela 10.1: Composição e temperaturas de tratamentos térmicos de aços comunmente

nitretados.

O tipo de aço para nitretaçao mais comumente usado é o 135. O 135 modificado é

largamente usado na indústria aeronáutica. De um modo geral as, indústrias automobilística e

aeronáutica são as que mais empregam aços nitretados. Entre outras, podem ser citadas as

seguintes aplicações: virabrequins, camisas de cilindro, eixos de bomba, pinos, rotores, eixos.

3.11. Aços para mancais

Mancais são importantes acessórios para todo o tipo de equipamento mecânico, fixo ou

móvel, pois sua função principal é facilitar o movimento entre partes fixas e partes móveis.

Mancais são empregados desde em motores elétricos mais simples ate em aviões. Deduz-

se, portanto que os materiais para mancais variem de qualidade, mas de um modo geral, devem

satisfazer a inúmeros requisitos, tanto mais importantes quanto maiores as tensões a que estão

sujeitos. Esses requisitos são resistência mecânica, dureza, resistência ao desgaste, alem de

satisfatória resistência à corrosão e, eventualmente, ao calor.

No sentido mais amplo, os aços para mancais podem ser divididos em categorias distintas

a serviço normal, a serviço a alta temperatura e a serviço sob condições corrosivas.


56

3.11.1 Mancais para condições normais

Os mancais para condições normais de serviço são aplicados nas seguintes condições:

Temperatura máxima de 120 °C a 150 °C;

Não devem ser aplicados em temperatura abaixo de -50°C;

As superfícies de contato devem ser lubrificadas cós óleo, graxa ou neblina;

As máximas tensões de contato Hertzianas devem ser da ordem de 2,1 a 3,1 GPA.

Propriedades esperadas

Devem apresentar igualmente tenacidade e estabilidade microestrutural às temperaturas

extremas, pois estão sujeitos a ações de vibrações, choques, desalinhamento, detritos e

manuseio;

Devem apresentar adequada dureza superficial;

Boa resistência ao desgaste e à fadiga.

Os tipos mais comuns de aço para mancais são de alto carbono (1,00%), utilizados no

estado temperado e revenido ou endurecido superficialmente. A Tabela 11.1 apresenta as

composições de aços para mancais de alto carbono. Utilizam- se também aços de baixo carbono

(0,20%), empregados no estado cementado.

-alto carbono tratado termicamente- suportam melhor as tensões de contato e oferecem

melhor estabilidade dimensional sob extremos de temperatura, em função do teor mais baixo de

austenita retida.

- baixo carbono cementedo- apresentam um núcleo mais tenaz que resiste mais, através

da secção, aos efeitos de tensões que aparecem devido a aspereza, mau alinhamento e

detritos.


57

Tabela 11.1: Composição química de aços de alto carbono para mancais.

3.11.2 Mancais para fins especiais

Esses aços são ligados com elementos estabilizadores de carboneto, cromo, molibdênio,

vanádio e silício, os quais melhoram sua dureza a quente

As aplicações típicas desses aços são feitas em mancais para aviões e motores

estacionários de turbinas.

3.12. Aços para ferramenta e matrizes

Os Aços Ferramenta representam um importante segmento da produção siderúrgica de

aços especiais. São produzidos e processados para atingir um elevado padrão de qualidade,

sendo utilizados principalmente em: matrizes, moldes, ferramentas de corte intermitente e

contínuo, ferramentas de conformação de chapas, corte a frio, componentes de máquinas, etc.

São classificados de acordo com suas características metalúrgicas principais ou de acordo com

seu nicho de aplicação, sendo a classificação da AISI (American Iron and Steel Institute) a mais

utilizada pela indústria de ferramenta.

Essencialmente de aços carbono, os Aços Ferramenta encontram-se entre os de menor

custo do mercado. Por sua baixa temperabilidade, apenas em ferramentas de pequeno porte é

possível conseguir o endurecimento total da seção transversal. Em peças maiores, a superfície

endurece na têmpera, mas o núcleo se mantém com baixa dureza.


58

Este tipo de aço é muito antigo, entretanto, começou a adquirir a importância na época

atual graças aos estudos de novos tratamentos, novos elementos de liga, etc.

Características fundamentais para aços de ferramentas.

São os seguintes:

1) Dureza a temperatura ambiente superior a dureza da peça sobre a qual exerserão sua

asão de corte, usinágem ou conformação. A dureza depende do teor de carbono.

2) Resistência a desgaste. O carbono é o elemento de maior influência, entretanto nos

aços altamente ligados, os elementos de liga podem influir, devido a dureza e a distribuição dos

carbonetos que se formam.

3) Temperabilidade

4) Tenacidade alta (ou seja, alta capacidade do material absorver considerável

quantidade de energia sem romper). Os fatores que afetam a tenacidade de aço são tensões

internas produzidas por tempera drástica, reaquecimento muito rápido dos aços temperados,

etc.

5) Resistência mecânica elevada, para suportar esforços estáticos sem aparecimento de

falhas ou de deformação permanente.

6) Dureza a quente (até 600o C para aços rápidos);

7) Tamanho de grão pequeno, ou granulação fina, para apresentarem características

mecânicas superiores.

8) Usinabilidade satisfatória.

Condições que permitem atingir os requisitos exigidos nos aços para ferramentas

- composição química

- tratamento térmico

Composição química

Os principais elementos de liga presentes nos aços de ferramentas e matrizes são C, Si,

Mn, Cr, V, W, Mo e Co. Sua ação é a seguinte:

Carbono – é o elemento essencial, pois é ele por intermédio dos carbonetos que se

formam, que confere dureza e resistência ao desgaste, seu teor é alto em torno de eutetóide ou

acima, até 2%. Em outros casos, desejam-se valores abaixo de eutetóide, quando os

característicos de ductilidade e tenacidade são mais importantes do que os de dureza e


59

resistência ao desgaste (como martelos e outros objetos sujeitos a golpes, nestes, o teor de C é

até 0,0%C).

Silício – geralmente em teores baixos (0,10 a 0,30%Si), é adicionado como desoxidante,

como se dissolve na ferrita e tende a decompor os carbonetos, nunca é usado

isoladamentecomo elemento de liga, a não ser que procure propositadamente a formação de

grafita (aços grafiticos), portanto, quando há necessidade de um teor de Si mais elevado,

adiciona-se também elementos estabilizadores de carbonetos, como Mo e Cr.

Manganês - também desoxidante (até 0,5%Mn) e dessulfurante. Em teores mais elevados,

melhora a temperabilidade apreciavelmente. O efeito de Mn neste sentido é tão grande que a

adição de 1,60%Mn em aço – carbono com 0,90%C permite a tempera em óleo.

Cromo – adicionado principalmente para aumentar a temperabilidade, tornando, com o Mn,

o aço temperável em óleo. Aumenta a resistência ao desgaste, porque aumenta a dureza.

Devido a sua ação simultânea na ferrita, que reforça, o aumento da dureza é realizado sem

prejudicar a ductilidade. O Cr em aços para ferramentas e matrizes se encontra em teores muito

variáveis (de 4%Cr - nos aços rápidos com W, até 14%Cr- nos aços com carbono elevado, de

1,5% a 2,2%C).

Vanádio – desoxidante e controlador do tamanho do grão. Forma carbetos estáveis e

melhora a temperabilidade dos aços. Impede o crescimento dos grãos, melhora a dureza a

quente do aço. Os seus carbonetos não se dissolvem em austenita a temperaturas normais de

tratamento térmico, eles servem como pontos de crescimento dos grãos.

Tungstênio – é essencialmente um formador de carbonetos, melhorando a dureza de aço a

temperatura ambiente. Em teores até 1,5%W, em aços de alto carbono, melhora ligeiramente a

resistência ao desgaste. Até 4,0%W, com 1,3%C, o aço já adquere apressiável resistência ao

desgaste. W mais elevado entre 12 a 20%W – sobretudo juntamente com Cr, confere a mais

importante propriedade de aços para ferramentas e matrizes: dureza a quente (até 600o C), nas

operações de corte com alta velocidade ou conformação a altas temperaturas. A obtenção deste

característico é mais efetivo ainda na presença, junto com W, outros elementos como Co, Mo, V,

Cr. Seu efeito pode ser explicado pela formação de um carboneto complexo (Fe,W,Cr,V)6C que

precipita da martensita e coalesce lentamente as temperaturas elevadas (abaixo de 600o C).

Cobalto – utilizado comente em alguns tipos de aço, aumentando sua dureza a quente.

Molibdênio – dissolve-se na ferrita e tende também formar carbonetos, melhora a dureza a

quente, aumenta a resistência e a ductilidade, melhora a temperabilidade. Seu uso principal

como substituto de W.


60

Tabela 12.1: Característicos que são conferidos por elementos de liga aos aços para

ferramentas e matrizes.

Característico Elementos de liga (na ordem decrescente)

Dureza a quente W, Mo, Co (com W e Mo), V, Cr, Mn

Resistência a desgaste V, W, Mo, Cr, Mn

Profundidade de endurecimento Mn, Mo, Cr. Si, Ni, V

Empenamento mínimo Mo (com Cr), Cr, Mn

Tenacidade pelo refino de grão V, W, Mo, Mn, Cr

Classificação e seleção dos aços para ferramentas e matrizes

De acordo com AISI, os aços para ferramentoas e matrizes podem ser classificados em 7

categorias principais:

1. Aços temperáveis em água, identificados pela letra W

2. Aços resistêntes ao choque, identificados pela letra S

3. Aços – ferramenta para moldes, identificados pela letra P

4. Aços – ferramenta para fins especiais, identificados pela letra L e F ou sem identificação,

os que podem ser subdivididos em seguintes grupos:

- aços ferramenta “matriz”

- aços ao tungstênio para acabamento

- aços de alto carbono a baixo teor em liga

- aço semi-rápidos

- aços grafiticos

5. Aços – ferramenta para trabalho a frio (Identificados com as letras O, A, D)

6. Aços – ferramenta para trabalho a quente (identificados com a letra H)

7. Aços rápidos, identificados com as letras T e M.

Aço Ferramenta para Trabalho a Frio

São Aços destinados ao trabalho em temperatura ambiente ou ligeiramente elevadas, em

operações como usinagem, conformação e processamento de metais, madeira, minerais.

São indicados para:

- Operações de Estampagem

- Operações de Corte


61

- Operações de Alto impacto (resistência ao Choque)

Aço Ferramenta para Trabalho a Quente

São Aços destinados ao trabalho em temperatura Superiores a 200º C, caracterizando-se

por apresentar nessas condições resistência mecânica ao desgaste, bem como alta

temperabilidade, tenacidade, condutividade e resistência à fadiga.


- Operações de Injeção e extrusão de metais

- Operações para utilização como matrizes de forjamento.

Aço Ferramenta para Moldes

São Aços que apresentam boas características de usinabilidade, polimento e uniformidade

de dureza, sendo especialmente indicados para a fabricação de moldes para injeção de plásticos.


- Operações de injeção de plásticos comuns

- Operações de injeção de plásticos corrosivos

- Operações para utilização como matrizes de forjamento

3.13. Aços resistentes ao desgaste

O desgaste é um fenômeno que ocorre em peças em movimento como e m eixos em

pitoes, válvulas, cilindros engrenagens e peças semelhantes. Trata-se de um fenômeno

superficial devido ao contato de superfície e resulta na deformação gradual das peçasou na

modificação de suas dimensões.

Podem se considerar três tipos de desgaste:

- desgaste de metal contra metal (desgaste metálico);

- desgaste de metal contra uma substancia não metálica abrasiva (desgaste abrasivo);

- desgaste de metal contra líquido ou vapores (desgaste erosivo).

A resistência ao desgaste dos metais pode ser obtida mediante os seguintes meios:

- mecânicos, pelo trabalho a frio ou encruamento proporcionados por laminação,

estiramento ou deformação a frio;


62

- térmicos, pela tempera total ou tempera superficial ( por chama ou por indução);

- revestimentos superficiais, pela aplicação de cromo duro, siliconizaçao, eletrodeposição,

metalização, etc.

O melhor meio de elevar a dureza do aço e, consequentemente sua resistencia ao

desgaste, é pelo encruamento de determinados tipos deaços austeniticos onde a austenita é

pouco estável e que, pelo encruamento, quando colocado em serviço, podem ser tornados

martensíticos. Um dos principais é o aço Hadfield com 1,2% de carbono e 12% de manganês.

Tais aços são muito tenazes. Não podem ser usados a temperaturassuperiores a 260°C, porque

se tornam frágeis.

3.14. Aços resistentes a corrosão (Aços-inoxidáveis)

Os aços inoxidáveis são uma família de ligas, tendo o ferro (Fe) como principal

componente, que devem conter ao menos 11% de cromo (Cr). Outros elementos metálicos

também integram estas ligas, mas o cromo é considerado o elemento mais importante porque é

o que dá elevada resistência à corrosão. Sua presença cria um filme invisível na superfície que

resiste à oxidação tornando o material passivo ou resistente à corrosão, por isso inoxidável.

O papel do cromo como elemento protetor à corrosão está ilustrado no gráfico da Fig. 14.1,

onde se observa que, numa atmosfera industrial, o aço, à medida que o seu teor em cromo

aumenta, passa de um metal de grande corrosibilidade a um metal praticamente indestrutível

pela corrosão.

Fig. 14.1: A passividade dos aços-cromo expostos durante 10 anos a uma

atmosfera industrial.

Oxidação

Aço doce

Aço inoxidável

0,025

0,020

0,015

0,010

0,005

0

0 2 4 6 8 10 12 14

Teor de cromo, %

Co

rro

são

, mm

/ a

no


63

Fig. 14.2: Efeito de Cr na resistência dos aços à oxidação em cubos de

½´´aquecidos durante 48 horas a 1000o C, no ar.

O gráfico da Fig. 14.2 ilustra o efeito do cromo na resistência do aço à oxidação a altas

temperaturas. Verifica-se que o efeito mais positivo do cromo, neste caso, só se desenvolve

quando o seu teor está acima de 20%.

Fatores de que depende a passividade dos aços resistentes a corrosão

- Composição química;

- Condições de oxidação,

- Suscetibilidade à corrosão localizada (pitting)

- Suscetibilidade à corrosão intergranular, outros.

Classificação e constituição dos aços-inoxidáveis

Os aços inoxidáveis são divididos em cinco famílias, de acordo com a microestrutura que

apresentam a temperatura ambiente, estrutura cristalina das fases presentes ou tratamento

térmico utilizado. As cinco famílias são:

Aços inoxidáveis martensíticos – endurecíveis,

Aços inoxidáveis ferríticos – não endurecíveis,

Aços inoxidáveis austeníticos – não endurecíveis,

Aços inoxidáveis duplex (austenítico e ferrítico)

Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação.

Oxidação

Aço doce

Aço - cromo

Aço inoxidável

Aço resistente

ao calor

200

150

100

50

0

0 5 10 15 20 25 30

Teor de cromo, %

Co

rro

são

, mm

/ a

no


64

Sistema de classificação

Os aços inoxidáveis são normalmente designados pelos sistemas de numeração da AISI,

UNS ou por designação própria do proprietário da liga. Entre estes, o sistema da AISI é o mais

utilizado. Nele, a maioria dos graus de aços inoxidáveis possuem uma classificação com três

dígitos. Os aços austeníticos fazem parte das séries 200 e 300, enquanto que a série 400

designa tanto aços ferríticos quanto martensíticos.

A série UNS, por sua vez, possui um maior número de ligas que a AISI, pois incorpora

todos os aços inoxidáveis de desenvolvimento mais recente. Nesta série, os aços inoxidáveis

são representados pela letra S, seguida de cinco números. Os três primeiros representando a

numeração AISI (se tiverem). Os dois últimos algarismos serão 00 se o aço for um aço comum

da designação AISI. Se forem diferentes, significa que o aço tem alguma característica especial

reconhecida pela UNS.

3.14.1 Aços inoxidáveis martensíticos (Aços I.M.)

Os aços I.M. são ligas Fe-Cr-C que possuem uma estrutura cristalina martensítica na

condição endurecida.

O conteúdo de Cr é, geralmente, situado entre 10,5 e 18% e o conteúdo de carbono não

pode ser superior a 1,2%. Os conteúdos de carbono e cromo são balanceados para garantir uma

estrutura martensítica. A Tabela 14.1 apresenta a composição química dos aços inoxidáveis

martensiticos. Alguns elementos como Nb, Si, W e V são, às vezes, adicionados para modificar

o comportamento do aço durante o revenimento. Pequenas quantidades de níquel podem ser

adicionadas para melhorar a resistência à corrosão. Da mesma maneira, enxofre e selênio

podem ser adicionados para melhorar usinabilidade. São ferromagnéticos, podem ser facilmente

trabalhados a quente e a frio, são endurecíeis por tratamento térmico e são resistentes à

corrosão somente em meios de média agressividade.


65

Tabela 14.1: Aços inoxidáveis martensíticos.

Dentro desse grupo podem ser ainda consideradas 3 classes:

- baixo carbono (também chamado tipo “turbina”), AISI 403, 410, 414, 416.

- médio carbono (também chamado tipo “cutelaria”), AISI 420, 422, 431

- alto carbono (também chamado tipo “resistente ao desgaste”), AISI 440

Possuem a capacidade de obter endurecimento ao serem resfriados rapidamente

(transformações martensítias obtidas por têmpera). O revenimento em temperatura adequada

possibilita a obtenção de uma larga faixa de dureza, propriedades mecânicas, tenacidade e

ductilidade. Possui boa resistência à corrosão em meio atmosférico, sem queda de dureza e

propriedades mecânicas até 500°C. Os martensíticos oferecem boa resistência ao calor.

Também possuem boa resistência a soluções como ácido nítrico com temperatura ambiente;

porém, tornam-se corrosivos em soluções redutoras como ácido sulfúrico. Sua resistência

diminui com o aumento dos teores de carbono, enxofre e fósforo. Necessitam de atenção

especial quando soldados, pois tendem a trincar devido à capacidade de endurecimento por

têmpera, em função das transformações martensíticas. Tanto em condições de recozido,

temperado e revenido, apresentam sensibilidade magnética (ferromagnetismo). Apresentam

melhores condições de resistência à corrosão no estado temperado e revenido e com a

superfície finamente polida.

Aplicações dos aços I.M.: Estes aços são especificados quando a aplicação requer

elevados valores de resistência à tração, à fluência e à fadiga, combinadas com requisitos

moderados de resistência à corrosão e utilizações em até 650 °C. Entre as suas aplicações

estão turbinas a vapor, motores a jato e turbinas a gás. Alguns destes aços encontram

aplicações, também, como tubulações de vapor, re-aquecedores de geradores a vapor e

tubulações superaquecidas utilizadas em refinarias de combustíveis fósseis, cutelaria, peças de


66

válvulas, engrenagens, eixos, cilindros laminadores, instrumentos cirúrgicos e odontológicos,

molas, esferas de rolamentos, etc.

3.14.2 Aços inoxidáveis ferríticos (Aços I.F.)

Aços I.F são ligas de Fe-Cr, onde o Cr é ainda o principal elemento de liga. Seu conteúdo

de Cr fica na faixa de 11 a 30%. A Tabela 14.2 apresenta a composição química dos aços

inoxidáveis ferríticos. Possuem a estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC), a faixa

austenítica fica totalmente eliminada e, em seqüência, estes aços não são endurecíeis por

tratamento térmico (têmpera) e dificilmente por trabalho a frio. Alguns aços podem conter Mo, Si,

Al, Ti e Nb, para a obtenção de certas características. Também podem ser adicionados enxofre

e selênio para melhoria da usinabilidade. São mais inoxidáveis do que os aços martensíticos em

soluções oxidantes ou em meio atmosférico. Por não correr refinamento de grão mediante

tratamento térmico, cuidados extras devem ser tomados no reaquecimento a altas temperaturas.

Tabela 14.2: Aços inoxidáveis ferríticos.

Esses aços, em função do alto teor de cromo, expostos por longo tempo a 500°C tendem a

fragilizar-se exigindo atenção na seleção das peças a serem aplicadas. Em qualquer condições

por sua estrutura ferrítica (macia), possuem boa conformabilidade a frio. Apresentam

sensibilidade magnética (ferromagnetismo).

O aço tipo AISI 430 é mais utilizado.

AISI 430 C Cr Mn Ni P Si S Fe

% 0,12 max 16-18 1 max - 0,045 1,0 max 0.03 max rest


67

Um dos maiores problemas do inox 430 é a perda de ductilidade nas regiões soldadas, que

normalmente são frágeis e de menor resistência à corrosão. O elevado crescimento do tamanho

de grão, a formação parcial de martensita e a precipitação de carbonitretos de cromo são as

principais causas geradoras deste problema. Para enfrentar este inconveniente, são adicionados

titânio e/ou nióbio como estabilizadores do carbono. Os tipos 430Ti e 430Nb são muito

utilizados, principalmente em silenciadores escapamentos de automóveis.

Aplicações dos aços I.F: Entre suas aplicações pode-se mencionar talheres, baixelas,

fogões, pias, moedas, revestimentos e balcões frigoríficos, peças para automóveis (exaustores,

pára-choque), peças que requerem alta usinabilidade como parafusos, porcas, ferragens, etc.

3.14.3 Aços inoxidáveis austeníticos (Aços I.A.)

Aços I.A. constituem a maior família de aços inoxidáveis, tanto em número de diferentes

tipos quanto em utilização. Ao exemplo dos ferríticos, e não são endurecíeis por tratamento

térmico e são endurecíveis apenas por trabalho a frio. Não são magnéticos na condição

recozida. São muito dúcteis e apresentam excelente soldabilidade. Normalmente, possuem

excelentes propriedade criogênicas e excelente resistência mecânica e à corrosão em altas

temperaturas.

Não são endurecíveis por têmpera (transformações martensíticas), mas são endurecíveis

por trabalho a frio. Possuem boas características inoxidáveis e são muito usados em peças que

necessitam alta resistência à corrosão ou em ambiente químico. Usados também em aplicações

que se requer resistência ao calor, devido à boa resistência à oxidação e ao ambiente químico.

Os austeníticos são usados também em aplicações nas quais se requer resistência ao calor,

devido à boa resistência à oxidação e ao amolecimento em altas temperaturas. Requerem

atenção no que diz respeito ao aquecimento em temperaturas e tempos excessivos devido ao

não refinameno de grão por tratamento térmico. Na condição solubilizada geralmente não são

magnéticos, porém quando trabalhados a frio, aumenta-se a dureza por encruamento, obtendo-

se leve sensibilidade magnética.

Os aços I.A. podem ser divididos em 2 grupos:

- aços ao Cr-Ni (maior parte dos aços I.A .)

- aços ao Cr-Mn-Ni (até 4%Ni pode ser substituído por austenizantes como Mn, N)

O conteúdo de Cr varia entre 16 e 26%, o de Ni é menor ou igual a 35% e o de Mn é menor

ou igual a 15%. Mais popular é o aço 18Cr-8Ni (AISI 301). Podem ser adicionados, também, Mo,

Cu, Si, Al, Ti e Nb, para a obtenção de melhores características de resistência à oxidação. O


68

mais popular é o Tipo 304, que contém basicamente 18% de cromo e 8% de níquel, com um teor

de carbono limitado a um máximo de 0,08%. A Tabela 14.3 e a 14.4 apresentam a composição

química dos aços inoxidáveis austeníticos.

Tabela 14.3: Aços inoxidáveis austeníticos.

Tabela14.4: Aços inoxidáveis austeníticos (continuação).

Propriedades destes aços dependem essencialmente da condição do material, se ele se

encontra no estado recozido ou encruado. Essas propriedades dependem da forma do produto

semi-acabado (barras, fios, tiras, chapas, etc.), e da composição química.


69

Aplicações dos aços I.A. Tem grande aplicação nas indústrias químicas, farmacéuticas,

petroquímicas, do álcool, aeronáutica, naval, de arquitetura, alimentícia, de transporte, e também

utilizado em talheres, baixelas, pias, revestimentos de elevadores e em muitas outras

aplicações.

3.14.4 Aços inoxidáveis ferríticos austeníticos (Aços Duplex)

Aços Duplex são ligas bifásicas baseadas no sistema Fe-Cr-Ni. Estes aços possuem,

aproximadamente, a mesma proporção das fases ferrita e austenita e são caracterizados pelo

seu baixo teor de carbono (<0,03%) e por adições de molibdênio, nitrogênio, tungstênio e cobre.

Os teores típicos de cromo e níquel variam entre 20 e 30% e 5 e 8%, respectivamente. A Tabela

14.5 apresenta alguns tipos de aços inoxidáveis dúplex.

Tabela 14.5: Aços inoxidáveis dúplex.

Este grupo possui características muito especiais, dentre elas está o seu comportamento

super plástico indicado pelas grandes deformações as quais pode ser sujeito sem a ocorrência

de estricção (empescoçamento) em temperaturas próximas da metade da sua temperatura de

fusão. Além da sua super plasticidade estão entre as propriedades mecânicas dos aços duplex a

alta resistência a corrosão e a sua resistência mecânica superior a dos aços inoxidáveis

comuns. Estes aços possuem limites de resistência à tração da ordem de 770 MPa, limite de

escoamento próximo de 515 MPa, e alongamento em 50mm de 32% em média. A vantagem dos

aços duplex sobre os austeníticos da série 300 e sobre os ferríticos são: a resistência mecânica

(aproximadamente o dobro), maiores tenacidade e ductilidade (em relação aos ferríticos) e uma

maior resistência a corrosão por cloretos.


70

São difíceis de soldar, pois quando aquecidos e posteriormente resfriados, formam

precipitados, que interferem diretamente na soldabilidade.

Utilização de aços Duplex

Graças a sua elevada resistência mecânica, os aços inox duplex podem ser utilizados em

menores espessuras. Sua desvantagem é que não pode ser utilizado em temperaturas acima de

300°C, sob pena de perder algumas de suas características mecânicas, sobretudo a tenacidade.

É bastante utilizado nas indústrias de gás, petróleo, petroquímica, polpa e papel, principalmente

na presença de meios contendo aquosos contendo cloretos.

3.14.5 Aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação

São ligas cromo-níquel que podem ser endurecidas por tratamento de envelhecimento.

Podem ser austeníticos, semi-austeníticos ou martensíticos, sendo que a classificação é feita de

acordo com a sua microestrutura na condição recozida. Para viabilizar a reação de

envelhecimento, muitas vezes se utiliza o trabalho a frio, e a adição de elementos de liga como

alumínio, titânio, nióbio e cobre.

Possuem boas resistência mecânica, tenacidade e ductilidade. Sua resistência à corrosão

é de moderada a boa. Suas características lhe garantem aplicação nas indústrias aeroespacial e

de alta-tecnologia.

Tabela 14.5: Denominação comercial e correspondência aproximada com a designação

ASTM de alguns aços inoxidáveis endureciveis por precipitação.


71

3.15. Aços resistentes ao calor

Os aços resistentes ao calor também chamados refratários são aqueles que quando

expostos de modo contínuo ou intermitente, em meios de varias naturezas, à ação de de

temperaturas elevadas, apresentam capacidade de suportar aquelas condições de serviços,

química e mecanicamente.

São aplicados principalmente nas indústrias de refino do petróleo e química, em

equipamentos para aquecimento, turbinas a gás e a vapor, na indústria automobilística,

aeronáutica e semelhantes.

Tabela 15.1: Composição química de aços utilizáveis à temperaturas elevadas.


72

Tabela 15.2: Seleção de um aço refratário.

3.16. Aços para fins elétricos

Grão não orientado

Empregados na fabricação de núcleos de equipamentos elétricos com o objetivo de

aumentar seu rendimento e sua vida útil, minimizando o consumo de energia - quanto menor for

a perda elétrica de um aço na mesma aplicação, menor será o consumo energético do

equipamento. São utilizados principalmente em motores de corrente contínua e alternada de

pequeno e médio porte (usados nas indústrias automobilística e de utilidades domésticas, entre

outras), em compressores herméticos (de geladeiras e aparelhos de ar condicionado, por

exemplo) e em pequenos e médios transformadores para a indústria de eletroeletrônicos.


73

3.17. Aços para fins magnéticos

A utilização dos aços para fins magnéticos só pode ser discutida com base em suas

propriedades magnéticas. Segundo a resistência à desmagnetização podem ser designados

como materiais moles ou duros.

Os materiais magneticamente moles, onde o carbono existe como impureza, são

denominados ferro ou ligas de ferro. Este é o grupo mais importante dos materiais magnéticos.

O ferro quimicamente puro é o que apresenta melhores características magnéticas, mas seu

preço é muito elevado para as aplicações normais. Para substituí-lo usam os aços extra-doces,

que apesar de inferiores, dão resultados satisfatórios

3.18. Aços ultra-resistentes

São aços cuja aplicação é dirigida a fins especiais como para componentes de modernos

aviões, onde a resistência à tração deve ser da ordem de 210 kgf/mm2 (2060 MPa), e para

mísseis, foguetes em que a resistência a tração pode atingir valores próximos de 300kgf/mm2 (

2940 MPa). São atualmente considerados ultra-resistentes aqueles que possuem um limite de

escoamento mínimo de 1380 MPa.

Ao desenvolver esses aços deve-se garantir uma ductilidade conveniente visto que o

aumento crescente de resistência mecânica implica em decréscimo da ductilidade.

Para aumentar a resistência mecânica dos aços-carbonos deve-se inicialmente:

Aumentar a proporção de perlita na estrutura, mediante a elevação do teor de carbono

Ou aumentar a resistência da ferrita, mediante o endurecimento por solução sólida, com

adições de manganês, molibdênio e cobre.

Posteriormente

Pode ser feito o refino do grão da ferrita, seja por adições bem proporcionadas de

alumínio e nitrogênio, seja pela adição de nióbio

Tratamento térmico adequado de aços liga com baixo teor de liga


74

Aços-liga com baixo teor de liga

Esses aços possuem teor de carbono inferior a 0,2% e um número relativamente grande de

elementos de liga, para permitir, além da endurecibilidade, endurecimento por precipitação.

A Tabela 18.1 apresenta alguns dados sobre esses aços. São usados a temperaturas

próximas da ambiente. Limite de escoamento até cerca de 180 kgf/mm2. Possuem alta

endurecibilidade, são conformáveis e soldáveis, aplicadois em caixas de motores de

foguetes a propulsor sólido.

Aços-liga com médio teor de liga

- limite de escoamento até cerca de 174 kgf/mm2

- temperáveis ao ar;

- resistência mantida até cerca de 700°C;

- aplicados em componentes gerais de aviões como engrenagens do trem de aterrissagem,

estruturas de fuselagem e outros componentes estruturais.

Aços-liga com alto teor de liga

- limite de escoamento até cerca de 133 kgf/mm2

- boa tenacidade e soldabilidade;

- geralmente são duplamente revenidos;

- aplicados em componentes estruturais de aviões, vasos de pressão, eixos rotores de

equipamentos de conformação e componentes automotivos que exigem alta resistência

mecânica.


75

Tabela 18.1: Propriedades mecânicas de alguns aços-liga de baixo teor em liga tratados

termicamente.

Tabela 18.2: Composição química de alguns aços ultra-resistentes.


76

3.19. Aços criogênicos

São aços empregados a temperaturas abaixo de zero, e deve-se considerar dois grupos de

ligas:

- Aços para serviços a baixas temperaturas, envolvendo temperaturas até -100°C, típicas

de gases liquefeitos como propana, amônia anidra, dióxido de carbono e etano;

- Aços criogênicos propriamente ditos, para serviço envolvendo temperaturas até -

273°C, típicas de gases liquefeitos como metana, oxigênio, nitrogênio, argônio, hidrogênio e

hélio.

São aplicados em todos os setores industriais, em especial na indústria aeroespacial, nas

indústrias químicas, na indústria petroquímica, na indústria de gás natural, na de

armazenamento e transporte de gases liquefeitos e etc.

Nesses empregos a temperatura muito baixa deve-se considerar o fenômeno conhecido

como temperatura de transição, ou seja, passagem da fratura dúctil para a fratura frágil,

sobretudo em aplicações de armazenamento e transporte de gases liquefeitos.

3.20. Aços sinterizados

Na prática da metalurgia do pó a matéria prima apresenta-se na forma pulverulenta. Este

pó possui característicos físicos que dependem da sua origem e que podem influenciar

grandemente as propriedades finais dos produtos sinterizados.

Em linhas gerais, na produção de peças de ferro ou aço sinterizados, devem ser

consideradas as seguintes etapas:

- seleção da matéria prima;

- compressão do pó ou pós metálicos, em matrizes apropriadas;

- sinterização dos compactados obtidos na compressão;

- recompressão ou calibragem das peças, ou compactados sinterizados;

- acabamento, compreendendo eventualmente usinagem, tratamento térmico ou tratamento

superficial.


77

Para a produção de peças sinterizadas, empregadas em componentes mecânicos de

grande precisão, utiliza-se uma grande variedade de ligas ferrosas, como a Tabela 20.1 mostra.

As ligas mais simples só podem ser empregadas na confecção de componentes mecânicos

sujeitos a cargas mais leves, como engrenagens, peças polares e buchas de ferro

autolubrificantes.

À medida que se caminha para mais altos teores de carbono e para ligas contendo cobre

ou níquel, permite-se o seu uso em componentes sujeitos a cargas moderadas, sobretudo

porque essas ligas podem ser tratadas termicamente.

Finalmente, peças sinterizadas de aço inoxidável são produzidas para ambientes

corrosivos, com propriedades mecânicas razoáveis. A Figura 20.1 mostra uma variedade de

peças produzidas em ferro e aço sinterizados.

Tabela 20.1: Composição de ligas de ferro sinterizadas para componentes mecânicos.


78

Fig. 20.1: Exemplo de peças produzidas em ferro e aço sinterizado.

Vantagens das peças produzidas por metalurgia do pó:

- apresentam uma estrutura muito fina com uniforme distribuição de carbonetos;

- não apresentam inclusões não-metálicas;

- produção de novos aços que não podem ser obtidos pelos processos convencionais de

lingotamento.

3.21 Aços para estampagem

São aços indicados em aplicações nas quais ocorrem desde deformações relativamente

pequenas até situações de conformação bastante severas. Alterações em suas composições

químicas e nas variáveis de processamento termomecânico proporcionam diversos graus de

estampabilidade. Para sua utilização, deve ser analisado o nível de conformação a que será

submetido o material, que pode variar de estampagem média, em peças de leve conformação,

até estampagem extraprofunda em peças críticas e complexas com elevado nível de

estiramento, estampagem e repuxo.

São utilizados principalmente pelos segmentos da indústria automobilística e de utilidades

domésticas.

As principais qualidades são:


79

EM – estampagem média,

EP – estampagem profunda, estampagem extraprofunda, resistente ao envelhecimento,

EEP-PC – estampagem extraprofunda para peça crítica

EEP-IF – estampagem extraprofunda com aço “IF”.

Os aços “IF” – Intersticial Free (livre de elementos intersticiais) são o destaque do grupo de

aços para estampagem especial (EEP-IF): sua ótima conformabilidade permite a confecção de

peças de elevado nível de complexidade – peças críticas -, graças aos baixíssimos níveis de

impureza (carbono e nitrogênio).

Em função de sua excelente conformabilidade, aliada à característica de não apresentar o

fenômeno de envelhecimento, esses aços permitiram evolução nos novos projetos de

componentes para carrocerias de automóveis.

4. Classificação de aços de acordo com a estrutura

Pela estrutura, obtida após o resfriamento de 900o C no ar, das amostras com o diâmetro

de 25 mm, consideram-se os seguintes grupos (ou classes) dos aços:

- Aços perlíticos, sem elementos de liga ou com elementos de liga em teores relativamente

baixos (até máximo de 5%); suas propriedades mecânicas, em função do teor de carbono e de

elemento de liga, podem ser consideravelmente melhoradas por tratamento térmico de têmpera

e revenido; também em função de teor de carbono, sua usinabilidade pode ser

consideravelmente boa.

- Aços martensíticos, quando o teor de elemento de liga supera 5%; apresentam dureza

muito elevada e baixa usinabilidade.

- Aços austeníticos, caracterizados por reterem a estrutura austenítica à temperatura

ambiente, devido aos elevados teores de certos elementos de liga (Ni, Mn ou Co); os

inoxidáveis, não magnéticos e resistentes ao calor, por exemplo, pertencem a este grupo.

- Aços ferríticos, igualmente caracterizados por elevados teores de certos elementos de liga

(Cr, W, Si), mas com baixo teor de carbono. Não reagem à têmpera, no estado recozido,

caracterizam-se por apresentar estrutura predominante ferrítica, com eventualmente pequenas

quantidades de cementita.


80

- Aços carbídicos, caracterizados por apresentarem quantidades consideráveis de carbono

e elementos formadores de carbonetos (Cr, W, Mn, Ti, Nb, Zr). Sua estrutura compõe-se de

carbonetos dispersos na matriz que pode ser do tipo sorbítico, martesítico ou austenítico,

dependendo da composição química. São aços usados especialmente em ferramentas de corte

e em matrizes.

5. Classificação de aços de acordo com a composição química

Poderiam ser considerados os seguintes subgrupos:

Aços-carbonos

Aços-liga

5.1 Aços- carbono, em que estão presentes o carbono e os elementos residuais (Mn, Si,

P, S e Al, nos teores considerados normais).

Propriedades

A resistência aumenta com o teor de Carbono

A ductilidade diminui com o teor de Carbono

São aços de relativa baixa dureza

Oxidam-se facilmente

Suas propriedades deterioram-se a baixas e altas temperaturas

São os mais usados e de mais baixo custo

De acordo com a norma 6006 da ABNT, os aços-carbonos são assim classificados quando

os teores de silício e manganês não ultrapassam os teores de 0,6% (Si) e 1,65% (Mn). Podem

ainda ser especificado teor máximo de 0,1% de alumínio, teor mínimo de boro de 0, 0005%, teor

máximo de cobre de 0,3% ou ainda teor máximo de chumbo de 0,35%. Se forem adicionados

outros elementos como selênio, telúrio e bismuto, para melhorar as características de

usinabilidade dos aços, estes são ainda considerados aços-carbonos, do mesmo modo que aço

com aço com adição de nióbio.


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Certas especificações restringem as porcentagens admissíveis para o fósforo, por causa da

fragilidade a frio que confere aos aços principalmente nos aços duros, de alto carbono. Por

exemplo: trilho-0,04%, eixos-0,05%, estrutura de pontes-0,06%, estrutura de construção e barras

de concreto armado- 0,10%.

O aço carbono é utilizado na qualidade de: Semi-acabados para forjamento; Aço Estrutural;

Placas; Barras laminadas a quente; Barras acabadas a frio; Chapas finas laminadas a quente;

Chapas finas laminadas a frio; Chapas com esmaltagem porcelânica; Chapas chumbadas

compridas; Chapas galvanizadas; Chapas revestidas por zincagem eletrolítica; Bobinas

laminadas a quente; Bobinas laminadas a frio; Folhas-de-flandres; Arames; Arame achatado;

Tubos; Tubos estruturais; Tubos para oleodutos; Produtos tubulares para campos petrolíferos;

Produtos tubulares especiais; Fios-máquina laminados a quente.

Os aços carbono podem ser subdivididos em:

- aços de baixo teor de carbono, inferior a 0,2%C;

- aços de médio carbono, com C entre 0,2 e 0,5%;

- aços de alto teor de carbono, com C acima de 0,5%.

Aço baixo carbono (até 0,2%C): a estrutura é usualmente ferrítica e perlítica, possui baixa

resistência e dureza e alta tenacidade e ductilidade. É usinável e soldável, além de apresentar

baixo custo de produção. Geralmente, este tipo de aço não é tratado termicamente. Aplicações:

chapas automobilísticas, perfis estruturais, placas para produção de tubos, construção civil,

pontes e latas de folhas de flandres.

Aço médio carbono (de 0,2 a 0,5%C): possui maior resistência e dureza e menor

tenacidade e ductilidade do que o baixo carbono. Apresentam quantidade de carbono suficiente

para receber tratamento térmico de têmpera e revenimento, embora o tratamento, para ser

efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas. Aplicações: rodas e

equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas, que

necessitem de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e tenacidade.

Aço alto carbono (acima de 0,5%C): é o de maior resistência e dureza. Porém, apresentam

menor ductilidade entre os aços carbono, assim apresentam baixa conformabilidade.

Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos, possuindo propriedades de manutenção

de um bom fio de corte. Aplicações: talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas.


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Importância e limitações dos aços ao carbono

Importância. Os aços carbono constituem o mais importante grupo de materiais utilizados

na engenharia e na indústria. As propriedades mecânicas dos aços carbono, sem qualquer

elemento de liga e na maioria dos casos, sem qualquer tratamento térmico (TT), são suficientes

para atender à maioria das aplicações na prática. As peças fundidas geralmente requerem um

TT de recozimento ou normalização para alívio das tensões de solidificação e para

homogeneização da microestrutura.

Limitações. Em peças de grandes dimensões as propriedade ao longo da seção aparecem

diferentes, pois dependem da estrutura que se forma em condições de resfriamento diferentes. É

evidente que os aços carbono apresentam limitações quando se desejam propriedades

especiais de resistência à corrosão, ao calor, ao desgaste, características elétricas, magnéticas,

etc. Nesses casos recomendam-se aços-liga, cuja importância cresce dia a dia.

5.2 Aço-Liga - são ligas metálicas constituídas de Ferro, Carbono, Silício e Manganês.

Podem conter outros elementos de liga, como: Cromo, Níquel, Molibdênio e Vanádio (os mais

usuais), que adicionados possibilitam a otimização das propriedades características dos aços. A

soma de todos de todos esses elementos, inclusive carbono, silício, manganês, fósforo e enxofre

não podem ultrapassar 6%.

No caso dos elementos silício, manganês e alumínio, sempre presentes nos aços

carbonos, os aços serão considerados ligados quando seus teores ultrapassarem 0,6%, 1,65% e

0,1 respectivamente.

Nos aços-liga, o fósforo é especificado com 0,04% no Maximo em alguns casos e em

outros, 0,025% máximo.

Forma como se econtram os elementos de liga

- dissolvidos na matriz

- formando carbonetos

- formando compostos intermetálicos


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Os aços-liga podem ser subdivididos em:

- Aços-liga de baixo teor em liga

- Aços-liga de alto teor em liga

- Aços-liga de médio teor em liga

Aços-liga de baixo teor em liga são aqueles em que os elementos residuais estão

presentes acima dos teores normais, ou onde ocorre a presença de novos elementos de liga,

cujo teor total não ultrapassa um valor determinado (normalmente de 3,0 a 3,5%). Nestes aços,

a quantidade total de elementos de liga não é suficiente para alterar profundamente as

estruturas dos aços resultantes, assim como a natureza dos tratamentos térmicos a que devem

ser submetidos.

Aços-liga de alto teor em liga, em que o teor total dos elementos de liga é, no mínimo, de

10 a 12%.Nessas condições, não só a estrutura dos aços correspondentes pode ser

profundamente alterada, como igualmente os tratamentos térmicos comerciais sofrem

modificações, exigindo ainda técnica e cuidados especiais e operações múltiplas. Os aços de

alto teor de liga podem ser classificados quanto a sua aplicação em aços inoxidáveis, aços

refratários (resistentes ao calor) e aços para ferramentas, que já foram discutidos anteriormente.

Aços-liga, de médio teor em liga, que podem ser considerados como constituindo um grupo

intermediário.


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Aços-liga e suas aplicações

Os aços-liga, por ser uma família bastante ampla de diferentes tipos de aço, com

propriedades bastante distintas, encontram aplicações igualmente vastas. Destacam-se aços

inoxidáveis, refratários, para ferramentas. Podem ser encontrados em praticamente todos os

segmentos industriais, desde a construção civil até a construção naval, passando pela indústria

petrolífera, automobilística e aeronáutica.

Efeito dos elementos de liga

Aumentam a dureza e a resistência

Conferem propriedades especiais como:

Resistência à corrosão;

Estabilidade à baixas e altas temperaturas;

Controlam o tamanho de grão;

Melhoram a conformabilidade;

Melhoram as propriedades elétricas e magnéticas;

Diminuem o peso (relativo à resistência específica);

Deslocam as curvas TTT para a direita.

Manganês (residual)

Agente dessulfurante e desoxidante;

Aumenta a dureza e a resistência (%Mn>1%);

Baixa a temperatura de transformação da martensita;

Entre 11-14% Mn alcança-se alta dureza, alta ductilidade e excelente resistência ao

desgaste (aplicações em ferramentas resistentes ao desgaste).

Enxofre (residual)

Agente fragilizador;

Se combinado com Mn forma MnS que pode ser benéfico (melhora a usinabilidade);

Está presente em altos teores em aços para usinagem fácil.


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Níquel

Aumenta a resistência ao impacto(2-5% Ni);

Aumenta consideravelmente a resistência à corrosão em aços baixo carbono (12-20% Ni);

Com 36% de Ni (INVAR) tem-se coeficiente de expansão térmica próximo de zero;

Usado como sensores em aparelhos de precisão.

Cromo

Aumenta a resistência à corrosão e ao calor;

Aumenta a resistência ao desgaste (devido à formação de carbetos de cromo);

Em aços baixa liga aumenta a resistência e a dureza;

É normalmente adicionado com Ni (1:2).

Molibidênio

Em teores < 0,3% aumenta a dureza e a resistência, especialmente sob condições

dinâmica e a altas temperaturas;

Atua como refinador de grão;

Melhora a resistência `a corrosão;

Forma partículas resistentes à abrasão;

Contrabalança a tendência à fragilidade de revenido.

Vanádio

Forma carbetos que são estáveis a altas temperaturas;

Inibe o crescimento de grão (0,03-0,25%) e melhora todas as propriedades de resistência

sem afetar a ductilidade.

Tungstênio

Mantém a dureza a altas temperaturas;

Forma partículas duras e resistentes ao desgaste à altas temperaturas;

Presente em aços para ferramentas.

Silício (residual)

Tem efeito similar ao Níquel;


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Melhora as propriedades de resistência com pouca perda de ductilidade;

Melhora a resistência `a oxidação;

Com 2% de Si é usado para a confecção de molas;

Aumenta o tamanho de grão (necessário para aplicações magnéticas);

Agente desoxidante.

Boro

É um agente endurecedor poderoso (0,001-0,003%);

Facilita a conformação à frio;

Tem efeito 250-750 vezes ao efeito do Ni,100 vezes ao Cr, 75-125 vezes ao Mo;

Aços microligados.

Alumínio

Facilita a nitretação;

Agente desoxidante;

Controla o tamanho de grão pela formação de óxidos ou nitretos.

Cobalto

Melhora a dureza à quente;

É usado em aços magnéticos.

Fósforo (residual)

Aumenta a resistência dos aços baixo carbono;

Aumenta a resistência à corrosão;

Facilita a usinagem;

Gera fragilidade à frio (0,04-0,025% no máximo).

Titânio

Reduz a dureza martensítica e a endurecibilidade de aços ao cromo;

Impede a formação da austenita em aços ao cromo.


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6. Bibliografia

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descrição de utilização de aços de acordo com suas propriedades

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