Projeto, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia de Produção
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UUnisinos Universidade do Vale do Rio dos Sinos Curso de Graduação em Engenharia de Produção Aços: classificação e aplicações Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro v'unisinos Aços: classificação e aplicações É prática comum classificar os aços em: . não-ligados: conhecidos como aços-carbono, possuem além do C teores aceitáveis de silício (entre 0,1 e 0,35%), manganês (entre 0,25 e 0,90%), fósforo (até 0,04%) e enxofre (até 0,05%); * ligados: possuem elementos de liga, os quais determinarão propriedades específicas. Um aço será considerado “ligado” se a soma de seus elementos de liga exceder 5%. Estes elementos incluem Al, Cu, Cr, Ni, Mo, Nb, V, Ti, ... Sistema de classificação adotado no Brasil considera a composição química dos aços (baseado nos da “American Iron and Steel Institute” e “Society of Automotive Engineers” Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro UUnisinos Sistema de classificação AISI /SAE (exemplos) 1XXX — aços-C comuns 1045 - aço sem liga com 0,45%C 1145 - aço de corte fácil com 0,45%C (com MnsS) 1345 - aço de elevada resistência com 0,45%C e 1,75%Mn 2XXX - aços ao Ni 2345 - aço com 0,45%C e 3,5%Ni 2545 - aço com 0,45%C e 5,0%Ni 3XX - aços austeníticos resistentes à corrosão ou refratários 3XXX - aços ao Cr-Ni 3145 - aço com 0,45%C, 1,25%Ni e 0,60%Cr 3245 - aço com 0,45%C, 1,75%Ni e 1,0%Cr 3345 - aço com 0,45%C, 3,50%Ni e 1,55%Cr Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro Uunisinos 4XX - aços ferríticos ou martensíticos resistentes à corrosão ou refratários 4XXX - aço ao Mo 4045 - aço com 0,45%C e 0,25%Mo 4145 - aço com 0,45%C, 0,50 a 0,95%Cr e 0,25%Mo 4345 - aço com 0,45%C€, 1,80%Ni, 0,50 a 0,80%Cr e 0,25%Mo 4645 - aço com 0,45%C, 1,80%Ni e 0,25%Mo 4845 - aço com 0,45%C, 3,5%Ni e 0,25%Mo 5XXXX - aço ao Cr 50100 - aço com 1%C e 0,50%Cr 51100 - aço com 1%C e 1,00%Cr 52100 - aço com 1%C e 1,45%Cr 6XXX - aço ao Cr-V Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro UUnisinos Importante: Apesar da classificação basear-se na composição química (CQ), não é apenas ela, mas também o processo de produção e o emprego (ou não) de tratamentos térmicos que ditará as propriedades de um aço e, consequentemente, a sua aplicação. Por exemplo, no que se refere ao processo de produção, o método utilizado para a remoção do oxigênio quando o aço ainda está liquido ou durante sua solidificação determina algumas propriedades dos aços. Deste modo, algumas vezes não só a CQ, mas também o método de “desoxidação” do aço são especificados. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro Uunisinos Classificação de acordo com o método de desoxidação: Aços acalmados: Ale Sisão utilizados para reagir com o oxigênio no aço líquido. Estes aços são geralmente utilizados onde é necessária máxima uniformidade microestrutural, como forjamento a quente. Aços fundidos são sempre desoxidados por este processo. Aços não-acalmados (efervescentes): nestes aços, o oxigênio durante a solidificação combina-se com o carbono formando CO, e devido a isso o aço superficialmente fica livre de carbono. Esta camada superficial é muito dúctil, e este tipo de aço é utilizado em alguns processos de trabalho a frio. Usualmente possuem C e Mn menores do que 0,25% e 0,60%, respectivamente. Aços semi-acalmados: características entre acalmados e não- acalmados, são também utilizados em alguns processos de trabalho a frio. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro Unisinos Em seu processamento final, os aços podem ser obtidos através de duas rotas: -fundição: são vazados em moldes de areia, e a peça final possui dimensões bem próximas às finais (eles podem necessitar tratamentos térmicos específicos para alívio de tensões, homogeneização da microestrutura e/ou obtenção de propriedades mecânicas específicas, assim como usinagem para melhor tolerância dimensional). Produto final = peça/componente. “trabalhados a quente ou a frio: lingotes são laminados, forjados, estampados, estirados, ..., e normalmente utilizados em sua forma final, sem necessidade de tratamentos térmicos (exceção quando é necessário eliminar o efeito do encruamento). Produtos finais: placas, chapas, perfis, arames, ... Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro | Uunisinos Exemplo fundição em areia (processo manual): Molde Sistema de ja peça it vazamento Separação Materiais mecanicos A - Cinta mazzajerro Unisinos Aços ao carbono Características: *baixa/média resistência mecânica e dureza “alta tenacidade e ductilidade *excelente/boa usinabilidade e soldagem *baixo custo de produção Aplicações: *peças e chapas automobilísticas “elementos de máquinas “perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos «construção civil, pontes “latas de folhas-de-flandres U'Unisinos Microestruturas ferrito-perlíticas de aços com teores em carbono crescentes Microestrutura martensítica Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro | Unisinos 750 . Martensita q 80 g e cementita É E so dE g Ferrita perlita 5 Ê +. o é E perlita —» w a à mo a AM “g 0,5 LO Composição, % € Variação da dureza com o teor de carbono Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro uni 100] 1000 “erra | Busterita g temperatura. & | Fere Austonta. Curta tia soo E Perita : Pot ! 1 | E | 1 507 04 BE MA 1 1 Ma E 10? Materiai EA Teneide Sashono Hi em pran Ferro: metal alotrópico (mais de uma estrutura cristalina de acordo com a temperatura) Cíntia Mazzaferro Unisinos Evolução dos tipos de aços usados na indústria automobilística 50 A o “w o Strengthened ! Grain Ref. Elongation, % N S õ Multi- Phase 200 600 800 1000 Tensile Strength, MPa Fonte: C. Mazraferro Fonte: D. Havrila U'Unisinos 300 E Ê 200 i ê E % g 8 É É 100 < z a) | |g $ % | Í Ê 5; Ga) | |ê ão $ o 0,04 0,08 o 004 008 0,012 o 004 008 op1z Ê % Nb %V % Ti 8 Aumento da resistência com a microadição de elementos de liga o,=aumento na resistência devido à formação de finos carbonetos o, aumento na resistência devido à diminuição do tamanho de grão Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro || Unisinos Aço 0,30%C: Bielas Cubos de rodas Eixos dianteiros U'unisinos Aços ligados Elementos de liga são adicionados visando: “aumentar a dureza e a resistência mecânica; «conferir propriedades mais uniformes ao longo de toda a seção da peça; “diminuir o peso (através do ganho em resistência); *melhorar/aumentar propriedades específicas como resistência à corrosão, ao calor, ao desgaste, à capacidade de corte (usinagem), Nos aços ligados é comum o emprego de tratamentos térmicos específicos para a obtenção das propriedades requeridas. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro || ER AT IS = Aumenta + Diminui v Constante - Não Caracitrístico ou Desconhecido — Diveesas Flechas = Eleão + Promunciado U'unisinos As mudanças que acontecem nas propriedades dos aços com a adição de elementos de liga deve-se às alterações microestruturais ==/""[ > 4 Microestrutura -, ferrítica em um aço SETA , baixo carbono. Microestrutura austenítica de um aço inox 304. ) a Carbonetos complexos (M=V, W, Mo e/ou Cr) em matriz de martensita revenida com carbonetos secundários. A. Júnior et al. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro || UUnisinos Dentre os aços ligados, tem-se: “Aços para cementação Possuem baixos teores de elementos de liga como Cr, Ni, Mn, Mo, tomando a designação relativa a esses elementos como “aço-cromo”, “aço-cromo-molibdênio”, ... São mito utilizados em peças de construção em que se pretende, ao mesmo tempo, uma dureza superficial elevada para alta resistência ao desgaste da camada cementada e um núcleo macio para suportar impactos e ter um limite de resistência à fadiga superior. São utilizados em componentes tais como rodas dentadas, eixos de cames, cruzetas, engrenagens, pinhões, alavancas, ..., ou seja, peças sujeitas a solicitações dinâmicas. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro Uunisinos “Aços para nitretação: O tratamento térmico de nitretação permite ao Fe-C ligado com Cr, Al, Mo atingir durezas superficiais mais elevadas e fornecer, além disso, uma certa proteção contra corrosão. Estes aços são aplicados, por exemplo, em engrenagens, virabrequins, pistões e hastes de pistões, camisas de cilindros, brocas, ferramentas de medição e em peças que requerem certa resistência a quente como válvulas para vapor sob pressão. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro 10 Unisinos “Aços para trabalho a quente: Possuem a adição de Cr, Mo e V. Sua utilização depende do limite de escoamento mínimo, do limite de aplicação da carga, e da máxima fluidez necessária à temperatura máxima de serviço. Seus campos de aplicação são, por exemplo, nas juntas refratárias para caldeiras a vapor e geradores térmicos, em peças de equipamentos submetidos ao contato com o vapor a altas temperaturas tais como as peças de turbinas a vapor (pás e discos), em peças para a indústria química, etc. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro U'unisinos “Aços para usinagem: Os aços ligados com enxofre e chumbo são apropriados para sofrer usinagem, pois permitem otimizar o rendimento do corte das ferramentas, reduzindo o tempo de produção e o desgaste das ferramentas. Permitem a usinagem em elevadas velocidades de corte e são utilizados na fabricação de parafusos, porcas, rebites, eixos, peças para a indústria de relojoaria, utensílios da indústria de alimentos (quando ligados ao Cr), artigos domésticos, ... Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro 11 UUnisinos “Aços de construção para trabalhar a quente: São aços ligados com W, Cr, V e Mo e servem para a fabricação de ferramentas destinadas à deformação em alta temperatura de materiais metálicos sem desgaste. Exemplos de utilização são mordentes de forja, matrizes e punções de perfuração a quente, lâminas de tesouras a quente, moldes para fundição por injeção, punções de prensas para extrusão de metais, etc. Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro Uunisinos Materiais Mecânicos A “Aços para trabalho a frio: São aços ligados com Si, Cr, W e V destinados à fabricação de ferramentas que não sofrem nenhum aquecimento durante o trabalho. São geralmente utilizados em ferramentas como limas, ferramentas de corte para madeira, brocas, mandris, fresas, punções e matrizes, fieiras de estiramento a frio, moldes para injeção de plástico, ... Cíntia Mazzaferro 12 Unisinos “Aços rápidos: A designação “aços rápidos” significa “de corte rápido em processos de usinagem”. São aços com elevados teores de Co, Mo, We V na sua composição. Sua CQ permite uma dureza elevada, máxima resistência ao desgaste e manutenção de suas propriedades até temperaturas próximas a 600ºC. Estes aços subdividem-se em duas categorias principais, aços-tungstênio e aços-molibdênio, e são utilizados especialmente na fabricação de ferramentas de corte como brocas helicoidais, folhas de serra e serras circulares para metais, machos, ferros de corte para torneamento, fresas, mandris, ... Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro U' Unisinos “Aços inoxidáveis: Ligados com Cr, Ni, Mo, Mn, Ti, Nb, CuesS, são aços extremamente resistentes aos ataques atmosféricos e à ação de certos ácidos orgânicos e inorgânicos. Suas aplicações são extremamente variadas: tampos (cubas) de cozinhas, instrumentos médico-cirúrgicos, hélices de navios, reservatórios para a indústria alimentar, utensílios e aparelhos para a indústria química, peças para construção de reatores nucleares, componentes para a indústria aeronáutica e aeroespacial, etc. Existem diferentes tipos de aços inoxidáveis, classificados de acordo com a sua matriz: ferríticos, austeníticos e martensíticos. Existem também os duplex, constituídos por ferrita+austenita, e os endurecíveis por precipitação (tratamento de envelhecimento). Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro 13 U'unisinos Aços inoxidáveis série 300: icações = | Propodados pocações menor [SEE DO regidas Alaestiênca, fessiência | ogia I ESEC ES à oorrasão | E Aços Inox unssio | austeno- | ti Peisêncaa ferríticos < é - gorosão pop, acta Via rebnea | ts osso | anneceds no Lo E O GS dE uma 37, |:n |z0cr-25Ni 64008 | icr,|20Cras Ligas || 310 " ol dita i | & + Ni-Cr-Fe sda Mo 20 mogê | Rutade Fasisencaa pt Resstrcaa temperaturas. ovdação ematus ceia Eras E fe a sa nois datas catia cats É resina = vareravtêmo |, ee ER ooaioxo) | gi | U'unisinos Bibliografia *V. Chiaverini. Aços e ferros fundidos. ABM, 52. Ed., São Paulo, 1992. *D. Havrilla. Laser welding of AHSS. Disponível em http://www.autosteel.org/AM/Template.cfm?Section=PDFs&TEMPLATE=/CM/Cont entDisplay.cfm&CONTENTFILEID=9292 *C. Mazzaferro. Advanced high strength steels. IPSUS Summer School. Bergedorf- Hamburg, Alemanha, Set 2008. Revista Ação ARMCO 3 (2004) 4-7. *C. Fonseca, C. Baptista, A. Abdalla. Caracterização microestrutural e mecânica de um aço inoxidável austenítico modificado com cálcio. Disponível em http:www.cbecimat.com.br/Trab Completos/312-016.doc “A. Júnior, R. Xavier, C. dos Santos, A. Sinatora. Desenvolvimento de cilindros em aço rápido para laminações de não planos. Disponível em http:/Auwwillares.com.br/wwwroot/cilindros/produtos/pt br/artigos produtos/f lash paper aco rapido naoplanos ptbr.swf Materiais Mecânicos A Cíntia Mazzaferro || 14
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