Aços Mecânicos

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EQUACIONAMENTO E 
AUTOMATIZAÇÃO DA NORMA 
SAE J 1397 
PARA AÇOS CARBONO 
 
Alunos de Graduação em Enga Mecânica UNISANTA 
 
 Ger Serviços de Oficinas 
• RAFAEL CINTRA MATHIAS 
• TÚLIO BRAZ COMITRE 
 
 Dir Engenharia e Ampliação 
• RODRIGO DONADIO BUENO 
 
 Ger Manutenção da Laminação a Frio 
• RAFAEL FERNANDES BLEY 
 
 Ger Serviços de Refrigeração 
• EDUARDO SORRILHA SPAGNUOLO 
 
Professor UNISANTA 
 
 Ger Controle Integrado do Produto 
• WILLY ANK DE MORAIS 
AUTORES 
 
1. Objetivo 
2. Fundamentação 
3. Visão Geral das Normas 
1. SAE J403 
2. SAE J1397 
3. DIN ISO 18265 (ex DIN 50150) 
4. Procedimento Analítico 
5. Resultados Obtidos 
6. Conclusões 
 
Sumário 
Assuntos 
 
O B J E T I V O 
 
 
Empregar conhecimentos básicos da relação estrutura-
propriedades, disponíveis na bibliografia, conjuntamente 
com as normas: 
 
• SAE J403 
“Chemical compositions of SAE carbon steel” 
 
• DIN EN ISO 18265 
“Metallic Materials - Conversion of hardness values.” 
 (substituiu a DIN 50150 e é similar à ASTM E140) 
 
Criar uma planilha que converte a composição química de 
aços‐carbono nas propriedades estimadas pela 
 
• SAE J1397. 
“Estimated mechanical properties and machinability” 
 
Introdução 
Objetivo 
 
F U N D A M E N T A Ç Ã O 
 
 
A resistência mecânica dos aços é oriunda do somatório e 
interação dos seguintes principais mecanismos de 
endurecimento: 
 
1.solução sólida (Mn, Si, Cu, Cr); 
2.presença de segunda fase/agregado 
(perlita, bainita, martensita); 
3.tamanho de grão ferrítico (d); 
4.encruamento; 
5.tratamento térmico (têmpera, austêmpera, etc.); 
6.presença de precipitação (NbCN, TiCN, VCN). 
 
Introdução 
Fundamentação 
Aços Carbono 
Manganês 
Normalizados 
 
Existem alguns modelos disponíveis na literatura para 
quantificar o efeito destes mecanismos em determinadas 
situações e para determinados materiais. 
 
 
Exemplo devido à Grozier e Bucher: 
 
 
 
 
Exemplo devido à Irvine e Pickering: 
 
 
Introdução 
Fundamentação 
LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+521,776(1/d) Eq. (1) 
 
LE = 91,7 + 32,4(%Mn)+84,1(%Si)+ 84,1(%Cu)+13,7(%Mo) 
-31(%Cr)+4,345(%Nfree)1,5(%Perlita)+521,776(1/d) 
Eq. (1) 
 
LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/d) 
 
É possível relacionar vários dados disponíveis em normas, 
utilizando-se o conhecimento teórico, disponível em 
bilbiografia para obter relações matemáticas entre: 
 
 
 
Introdução 
Fundamentação 
 
V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S 
 
S A E J 4 0 3 
Chemical Compositions of SAE Carbon 
Steels 
 
 
• “Chemical Compositions of SAE Carbon Steels” 
• Norma com as composições químicas dos aços SAE 
• É a norma mais conhecida no mundo 
• Exemplo: 
 
Introdução 
Visão Geral da norma SAE J403 
 
• “Chemical Compositions of SAE Carbon Steels” 
• Norma com as composições químicas dos aços SAE 
• É a norma mais conhecida no mundo 
• Exemplo: 
 
Introdução 
Visão Geral da norma SAE J403 
 
V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S 
 
S A E J 1 3 9 7 
Estimated Mechanical Properties and 
Machinability of Steel Bars 
 
 
• “Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel 
Bars” 
• Norma que apresenta um guia das características mecânicas de 
alguns graus aço em barras. 
• As características não 
devem ser utilizadas 
como requisitos a não 
ser sob aprovação 
pelo fornecedor. 
• Exemplo: 
 
Introdução 
Visão Geral da norma SAE J1397 
 
• “Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel 
Bars” 
• Norma que apresenta um guia das características mecânicas de 
alguns graus aço em barras. 
• As características não 
devem ser utilizadas 
como requisitos a não 
ser sob aprovação 
pelo fornecedor. 
• Exemplo: 
 
Introdução 
Visão Geral da norma SAE J1397 
 
V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S 
 
D I N E N I S O 1 8 2 6 5 
Conversion of hardness values 
 
 
• “Conversion of hardness values”. 
• Substituiu a DIN 50150. 
• Utilizada para converter valores de dureza em escalas 
diferentes. 
• Também relaciona 
LR com dureza. 
• Exemplo: 
Introdução 
Visão Geral da norma DIN EN ISO 18265 
 
 
• “Conversion of hardness values”. 
• Substituiu a DIN 50150. 
• Utilizada para converter valores de dureza em escalas 
diferentes. 
• Também relaciona 
LR com dureza. 
• Exemplo: 
Introdução 
Visão Geral da norma DIN EN ISO 18265 
 
 
P R O C E D I M E N T O A N A L Í T I C O 
 
 
OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS: 
• SAE J403 
• SAE J1397 
• DIN EN 18265 (Ex DIN 50150) 
 
UTILIZANDO BIBLIOGRAFIA: 
• Equações de cálculo de AC1 AC3 
• Composição química  %Perlita 
• Equação tipo “regra das misturas” 
• Composição química 
• Estrutura (Tamanho de grão x % perlita) 
• Propriedades mecânicas (LE, LR) 
• Equação do carbono equivalente (Ceq segundo I.I.W.) 
 
FEZ-SE O DESENVOLVIMENTO DE: 
• Equação entre TGF x Ceq 
• Equações entre LE, LR e HB x Composição química 
Procedimento Analítico 
Descrição Geral 
 
OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS: 
• SAE J403 
• SAE J1397 
• DIN EN 18265 (Ex DIN 50150) 
 
UTILIZANDO BIBLIOGRAFIA: 
• Equações de cálculo de AC1 AC3 
• Composição química  %Perlita 
• Equação tipo “regra das misturas” 
• Composição química 
• Estrutura (Tamanho de grão x % perlita) 
• Propriedades mecânicas (LE, LR) 
• Equação do carbono equivalente (Ceq segundo I.I.W.) 
 
FEZ-SE O DESENVOLVIMENTO DE: 
• Equação entre TGF x Ceq 
• Equações entre LE, LR e HB x Composição química 
Procedimento Analítico 
Descrição Geral 
 
OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS: 
• SAE J403 
• SAE J1397 
• DIN EN 18265 (Ex DIN 50150) 
 
UTILIZANDO BIBLIOGRAFIA: 
• Equações de cálculo de AC1 AC3 
• Composição química  %Perlita 
• Equação tipo “regra das misturas” 
• Composição química 
• Estrutura (Tamanho de grão x % perlita) 
• Propriedades mecânicas (LE, LR) 
• Equação do carbono equivalente (Ceq segundo I.I.W.) 
 
FEZ-SE O DESENVOLVIMENTO DE: 
• Equação entre TGF x Ceq 
• Equações entre LE, LR e HB x Composição química 
Procedimento Analítico 
Descrição Geral 
 
Procedimento Analítico 
Fluxograma das Atividades 
SAE J403 SAE J1397 
% PERLITA 
AC 3 
AC 1 % Perlita 
Tamanho de Grão 
REGRA DAS MISTURAS 
(PROP. MEC.) 
TAMANHO DE GRÃO X C Equivalente 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Equacionamento 
Comp. Química 
DIN ISO 18265 
Normas 
 
 
 
 
Bibliografia 
 
 
 
 
Desenvolvimento 
RESULTADO 
 
Procedimento Analítico 
%C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita 
LR 
(MPa) 
LE 
(MPa) 
defetivo 
modelado 
(mícrons) 
SAE J403 
CALCULADO 
(I.I.W.*) 
Determinação da 
TAR3 E TAR1 
SAE J1397 CALCULADO 
(*) International Institute of Welding 
 
Procedimento Analítico 
%C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita 
LR 
(MPa) 
LE 
(MPa) 
defetivo 
modelado 
(mícrons) 
SAE J403 
CALCULADO 
(I.I.W.*) 
Determinação da 
TAC1 E TAC3 
SAE J1397 CALCULADO 
 
Procedimento Analítico 
%C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita 
LR 
(MPa) 
LE 
(MPa) 
defetivo 
modelado 
(mícrons) 
SAE J403 
CALCULADO 
(I.I.W.*) 
Determinação da 
TAR3 E TAR1 
SAE J1397 CALCULADO 
LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/d) 
LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+522(1/d) 
 
R E S U L T A D O S O B T I D O S 
 
RESULTADOS 
700,0 
720,0 
740,0 
760,0 
780,0 
800,0 
820,0 
840,0 
860,0 
880,0 
0,000 0,200 0,400 0,600 0,8001,000 1,200 
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 
° 
C
 
% PERLITA 
Temperatura X % Carbono 
Determinando as temperaturas de AC3 e AC1 
 
RESULTADOS 
Achando o tamanho de grão: 
Aço %C %Si %Mn Ceq C Perlita %Perlita 
LR Norma 
(MPa) 
defetivo Teórico 
(mm)* 
1020 0,205 0,20 0,45 0,30 0,764 0,240 380 0,0116 
1045 0,465 0,20 0,75 0,61 0,859 0,516 570 0,0018 
1080 0,815 0,30 0,75 0,97 0,859 0,923 770 0,0006 
* - Tamanho de grão teórico para ajuste que considera os demais 
 efeitos microestruturais não previstos na equação utilizada. 
 
RESULTADOS 
Exemplos de Cálculos 
Graças ao 
modelamento do 
tamanho de grão, 
conseguimos 
determinar as 
propriedades 
mecânicas. 
TG = 49,32e-5,07(%Ceq) 
R² = 0,96 
0,0 
5,0 
10,0 
15,0 
20,0 
25,0 
30,0 
35,0 
40,0 
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 
Ta
m
an
h
o
 d
o
 g
rã
o
 
Carbono equivalente 
defetivo modelado (mícrons) 
d (mícrons) 
Exponencial (d (mícrons)) 
 
RESULTADOS 
Com a determinação do LR obtivemos as escalas de dureza Brinell e Vickers, que podem 
ser convertidas em escalas de dureza relativas (Rockwell). 
y = 1,05x + 0,02
R² = 1,00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Du
re
za
 V
ick
er
s
Dureza Brinell
Dureza Vickers
 
RESULTADOS 
Forneça as porcentagens 
 
 %C %Si %Mn 
 AR1 
(oC) 
 AR3 (oC) %Ceq C Perlita %Perlita 
defetivo 
modelado 
(mícrons) 
LR (MPa) LE (MPa) HB HV 
Mín 0,04 0,00 0,20 
DESEJADO 0,08 0,00 0,00 723,0 852,6 0,08 0,638 0,091 33,2 288 95 85 89 
Máx 0,82 0,30 0,85 
 
Digita-se a 
composição 
Obtêm-se as propriedades do 
material 
 
RESULTADOS 
%C 
%Mn 
Limite de Escoamento (MPa) 
 
RESULTADOS 
%C 
%Mn 
Limite de Resistência (MPa) 
 
C O N C L U S Õ E S 
 
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados 
para analisar o seu desempenho mecânico. 
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar 
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para 
aços carbono-manganês. 
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não 
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria. 
4. O procedimento pode ser difundido como forma de 
substituir a tabela da norma SAE J1397. 
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar 
o trabalho prático. 
 
CONCLUSÕES 
 
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados 
para analisar o seu desempenho mecânico. 
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar 
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para 
aços carbono-manganês. 
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não 
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria. 
4. O procedimento pode ser difundido como forma de 
substituir a tabela da norma SAE J1397. 
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar 
o trabalho prático. 
 
CONCLUSÕES 
Mín 0,04 0,00 0,20 
Máx 0,82 0,30 0,85 
%C %Si %Mn 
 
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados 
para analisar o seu desempenho mecânico. 
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar 
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para 
aços carbono-manganês. 
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não 
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria. 
4. O procedimento pode ser difundido como forma de 
substituir a tabela da norma SAE J1397. 
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar 
o trabalho prático. 
 
CONCLUSÕES 
 
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados 
para analisar o seu desempenho mecânico. 
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar 
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para 
aços carbono-manganês. 
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não 
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria. 
4. O procedimento pode ser difundido como forma de 
substituir a tabela da norma SAE J1397. 
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar 
o trabalho prático. 
 
CONCLUSÕES 
 
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados 
para analisar o seu desempenho mecânico. 
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar 
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para 
aços carbono-manganês. 
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não 
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria. 
4. O procedimento pode ser difundido como forma de 
substituir a tabela da norma SAE J1397. 
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar 
o trabalho prático. 
 
CONCLUSÕES 
 
Os autores gostariam de expressar agradecimentos à: 
 
 UNISANTA 
 USIMINAS-Cubatão 
 
Agradecimentos 
Obrigado...!