Tipos de aço - aprofundamento

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MATERIAIS PARA 
CONSTRUÇÃO MECÂNICA 
AULA 4 
Aços 
1. Aços resistentes ao calor 
2. Aços resistentes ao desgaste 
3. Aços ferramenta 
4. Aços para molas 
Materiais para Construção Mecânica 
Materiais para Construção Mecânica 
Aços resistentes ao calor – Aços refratários 
 
Devem suportar química e mecanicamente condições de 
serviço em temperaturas elevadas 
 
Campos de aplicação: 
 Indústria química 
 Indústria petrolífera 
 Indústria automobilística 
 Equipamentos de aquecimento 
 Turbinas a gás e a vapor 
 Indústria aeronáutica 
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Por ex., acima 400ºC – degradação das propriedades dos metais 
 - condições oxidação e corrosão 
 - redução na rigidez do material – fluência 
 
Aços refratários: 
 Requisitos básicos: 
- Resistência à corrosão e oxidação em altas temperaturas 
- resistência à fluência 
- expansão térmica 
- estabilidade estrutural 
- resistência à fadiga 
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Resistência à corrosão e oxidação em altas temperaturas 
 
- Aços comuns ao carbono – rapidamente destruídos por oxidação 
em altas temperaturas 
- comportamento do material 
- camada de óxido: aderência, permeabilidade, pto 
fusão, etc 
- óxido formado – não inibe o prosseguimento da 
oxidação acima de 550ºC 
- inibição – elementos de liga – camada formada é de difícil difusão 
do oxigênio – protetora 
 
 
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Resistência à fluência 
- Depende: 
- composição química 
- tamanho de grão 
- tratamento térmico 
a) Comp. química: Cr, Ni, Al, Si – básicos 
 Mo, V, W, Ti, Nb, Co –complementares 
 
 formação carbonetos – evita escorregamento 
 formação fases intermediárias – rearranjo atômico 
 aumento da temperatura recristalização 
 
Prováveis 
mecanismos 
de melhora 
da 
resistência à 
fluência 
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Resistência à fluência 
b) Tamanho de grão: 
- contorno de grão – papel importante na ruptura em altas 
temperaturas 
- granulação mais grosseira – elevada temperaturas e baixa carga 
- granulação mais fina – temperaturas mais baixas e altas cargas 
 
c) Tratamento térmico: 
São indicados aqueles que propiciem as microestruturas mais 
adequadas ao uso 
Abaixo de 550ºC – estrutura temperada e revenida ou bainita - fina 
Acima de 550ºC – estrutura recozida – grossa 
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Expansão térmica 
 Importante quando em projeto são solicitadas tolerâncias 
dimensionais muito estreitas 
 
Estabilidade estrutural 
 a estrutura de conservar-se tanto quanto possível inalterada 
tanto em alta temperatura como em temperatura ambiente. 
 
Resistência à fadiga 
- após serviço em elevadas temperaturas, o aço deve manter propriedades 
como ductilidade e resistência ao choque em temperatura ambiente. 
- deve apresentar boa resistência à fadiga para que não ocorra 
esferoidização em aços perlíticos ou precipitação de carbonetos nos 
contornos de grãos em aços austeníticos. 
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Tipos de aços resistentes ao calor 
 
Baixa resistência à oxidação e corrosão: 
 aços-carbono baixo %C (0,10 a 0,20%) – 480°C a 500ºC 
limite de resistência à tração: 480 – 500ºC - 43 kgf/mm2 
 540ºC - 25 kgf/mm2 
 760ºC - 6 a 6,5 kgf/mm2 
Adição simultânea Mo e Cr (< 3%) 
 - aumenta resistência à fluência 
 - aumenta ligeiramente a resistência à oxidação e corrosão 
Aços liga de baixo teor – não são considerados refratários 
 - não satisfazem as exigências de resistência à 
oxidação/corrosão 
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Composição química de aços utilizáveis a temperaturas elevadas 
SA-106A, SA-106B – tubos de aço-carbono sem costura 
SA-285, SA-299, SA-204-A, SA-302A, SA-533B2 e SA-517F – chapas 
SA-335P12 – tubo de aço ferrítico para serviço a alta temperatura 
SA-217WC6 – peças fundidas 
SA-387Gr22 e AS-387Gr5 – chapas 
SA-217C12 – peças fundidas 
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A partir de 5-6% Cr, elemento sozinho ou com Ni - aços refratários – 2 
grupos: 
Aços-cromo – Cr 5 a 30% 
Aços-cromo-níquel – Cr 16 a 22% e Ni 8 a 22% 
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Aços resistentes ao desgaste 
Desgaste – fenômeno que ocorre em peças em movimento: 
 - eixos 
 - pistões 
 - válvulas 
 - cilindros 
 
fenômeno superficial – contato superfícies 
 resulta na deformação gradual das peças ou modificação 
das dimensões 
Ocorre pelo deslocamento ou arrancamento de partículas 
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Aços resistentes ao desgaste 
3 tipos de desgaste: 
 - metal contra metal 
 - ‘desgaste metálico’ 
 - metal contra uma substância não metálica abrasiva 
 - ‘desgaste abrasivo’ 
 - metal contra líquidos ou vapores 
 - ‘erosão’ 
Mais 
importantes 
Desgaste metálico: 
– interferência mecânica de pequenas projeções ou asperezas das 
superfícies em contato e em movimento. 
Ao se deslocarem duas superfícies uma em relação à outra, admite-se que 
as saliências de uma possam coincidir com as depressões da outra de modo 
a causar resistência de movimento. 
Se a força causadora deste for suficiente para mantê-lo, as saliências das 
superfícies serão deformadas ou arrancadas se o metal for pouco dúctil. 
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Desgaste abrasivo: causado pela penetração na superfície do metal de 
partículas não-metálicas de caráter abrasivo, ocasionando o arrancamento 
de partículas metálicas. 
Pode ser subdividido em: 
Desgaste Abrasivo por Deslizamento 
 
Partícula dura ou uma irregularidade de superfície penetra a superfície de um 
material mais macio e desliza. 
O material desgastado é raspado ou pequenas quantidades de material são 
removidas. 
 
Desgaste Abrasivo por Impacto 
 
objetos duros ou partículas embatem num material mais macio, deforma-se a 
superfície ou originam-se aparas. 
 
OBS: Se partículas forem relativamente pequenas, como areia ou pó, o desgaste é 
conhecido por erosão. 
 
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Fonte: http://www.ssabtunnplat.com/upload/dokument/broschyrer/PT395DomexDocol.pdf 
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A resistência ao desgaste depende dos seguintes fatores: 
 
- acabamento superficial: 
 deve se apresentar tão macia e plana quanto possível, de modo a 
eliminar depressões e projeções que, coincidindo umas com as outras, 
produzem o arrancamento das partículas além de proporcionarem uma 
elevação da temperatura 
- dureza: 
 deve ser elevada, para que o metal resista à penetração inicial 
- resistência mecânica e tenacidade: 
 quanto mais altas, mais dificultarão o arrancamento das partículas 
metálicas, quaisquer que sejam as causas passíveis de produzir tal 
efeito. 
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Requisitos: 
 Elevada dureza 
 Elevada RM e tenacidade 
 Estrutura adequada 
 
 Composição química conveniente – introdução de altos teores de 
elementos de liga 
 Tratamentos térmicos ou termoquímicos de aços de composição 
apropriada 
São conseguidos mediante: 
Então, a RM ao desgaste pode ser obtida através dos seguintes meios: 
- mecânico: encruamento 
- térmicos: têmpera total ou superficial 
- termo-químicos – cementação, nitretação 
- revestimentos superficiais: eletrodeposição, metalização 
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Aços manganês austenítico:O melhor meio de elevar a dureza do aço e sua resistência ao desgaste é pelo 
encruamento de determinados tipos de aços austeníticos, onde a austenita é pouco 
estável e, que pelo encruamento, quando colocados em serviço, podem ser tornados 
martensíticos. 
 aços manganês austeníticos 
 
Principal tipo aço – Hadfield – 1,2% C e 12% Mn – natureza austenítica 
 
 - endurecimento superficial propiciado pelo trabalho 
 - tenacidade 
Estão sujeitos à fragilização intergranular – prejudicial 
 
Tipos comerciais – 1 a 1,4%C e 10 a 14%Mn 
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