Unidade 3.3 - Aços para arames, para molas, de usinagem fácil, para chapas e resistentes ao desgaste

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Materiais de Construção Mecânica 
CCE 0687
Unidade 3 – Aços, Aços-Liga e Ferros Fundidos
Aços para arames e fios, aços para molas, 
aços de usinagem fácil, aços para chapas e 
aços resistentes ao desgaste 
Professor: Fábio Oliveira.
2013/2.
Aços para Arames e Fios
Introdução
Arames e fios são produtos obtidos por
trefilação, de seção transversal uniforme,
geralmente circular, muito pequena em
relação ao comprimento. Estas dimensões
podem variar de
0,02 à 25 mm.
Introdução
Parte-se do fio máquina, obtido a partir de
barras. O material é puxado na máquina de
trefilar através de fieiras de metal duro
(carboneto de tungstênio), em passes
sucessivos (1 a 19).
Introdução
As deformações muito intensas que se
processam, acarretam em um
aquecimento dos fios e das matrizes.
Portanto tanto os fios quanto as matrizes
são resfriados por
água, ar ou ambos.
Tipos de Aços para Arames e Fios
• Aços de baixo C (C  0,2%)
• Aços de médio C (0,2  C  0,5%)
• Aços de alto C (C  0,5%)
Aços Carbono para Arames e Fios 
Elemento (%) Baixo C 
(C  0,2%)
Médio C 
(0,2  C  0,5%)
Alto C 
(C  0,5%)
Carbono 0,16 a 0,19 0,20 a 0,50 Acima de 0,50
Manganês 0,50 a 0,60 0,50 a 1,50 0,50 a 1,50
Silício 0,35 a 0,70 0,35 a 0,80 0,35 a 0,70
Fósforo 0,05 (máx.) 0,05 (máx.) 0,05 (máx.)
Enxofre 0,06 (máx.) 0,06 (máx.) 0,05 (máx.)
Ex.: 1005 e 
1012.
Ex.: 1030 e 
1050.
Ex.: 1020 e 
1022.
Efeito dos Elementos de Liga
• Manganês: para cada 1% de manganês
adicionado a liga, aumenta-se em 100 Mpa a
resistência à
tração.
Efeito dos Elementos de Liga
• Silício: melhora a resistência à oxidação a
temperaturas elevadas.
Elementos Prejudiciais à Liga
• Fósforo: causa fragilização no aço, efeito
acentuado com o aumento do teor de
carbono. Deve ser
cuidadosamente
controlado no pro-
cesso produtivo.
Elementos Prejudiciais à Liga 
• Enxofre: indesejável na maioria dos casos. É
oriundo dos processos de fabricação. Se combinado
com o ferro na forma de sulfeto, deixa o aço
quebradiço. Se combinado
com o manganês facilita a
usinagem.
Classificação de Arames
Tipo de Aço Estado Principais Aplicações
Baixo Carbono Encruado
Recozido ou 
Encruado
Eletrodos de solda, pregos e pinos.
Arames lisos e farpados, telas, parafusos e 
rebites.
Médio Carbono Recozido
Patenteado e 
Trefilado
Parafusos (posteriormente temperado e
recozido).
Cabos e molas de pequena
responsabilidade.
Alto Carbono Encruado
Patenteado e 
Trefilado
Eletrodos de solda e arruelas de pressão.
Fio ou corda de piano e cabos para 
serviço pesado.
Patenteamento
É um tratamento térmico que visa a obtenção
de uma estrutura (perlita fina ou bainita), que
combine alta resistência à tração e ductilidade
suficiente, de modo a permitir que os arames
resistam às operações de trefilação, resultando
em arames com elevada resistência à tração e
alta tenacidade.
Aços para Molas
Introdução
As molas constituem elementos de
máquina que exigem cuidados especiais
com relação ao projeto e as especificações
dos materiais utilizados para sua
fabricação.
Introdução
As molas estão sujeitas a esforços variados
e extremos, variações de temperaturas,
meios corrosivos e abrasivos, vibrações e
etc. Podem ser do tipo helicoidal, em
espiral ou semi elípticas.
Introdução
As molas helicoidais são subdivididas em:
Tipos Propriedades e Emprego
Extensão De bobina fechada para esforços de tração material. Trabalha
sob torção.
Compressão De bobina aberta para suportar esforços de compressão e
choque. Trabalha sob torção.
Torção De bobina fechada para suportar esforços laterais de torção.
Trabalha sob dobramento.
Tipos de Ligas para Molas
• Aços de baixo C (C  0,2%)
• Aços de médio C (0,2  C  0,5%)
• Aços de alto C (C  0,5%)
• Aços liga
Requisitos Fundamentais
Elevado limite de 
elasticidade
Elevada 
resistência ao 
choque
Elevada 
resistência à 
fadiga
Elevado Limite de Elasticidade
Limites elevados de elasticidade
são necessários para suportar
apreciáveis cargas sem apresentar
deformação permanente.
Elevada Resistência à Fadiga
Como praticamente todas as molas
falham por fadiga, originando-se a
ruptura em algum ponto de
concentração de tensões, devido a
imperfeições ou irregularidades.
Processos de Fabricação
Aço carbono 
ou aço liga
Tiras ou fios no 
estado recozido
Após 
conformados em 
molas, são 
temperados e 
revenidos
Tiras ou fios 
temperados e 
revenidos
Após 
conformados em 
molas, são 
temperados 
(baixas T °C) 
Ligas versus Propriedades
Especificações Composição química (%) Propriedades mecânicas
C Mn Outros
LR 
(MPa) 
Dureza 
(HRB)
Temperatura 
Permissível 
(°C)
ASTM A228 0,70 - 1,00 0,20 – 0,60 - 1590 - 2750 41 – 60 120
ASTM A227 0,45 – 0,85 0,30 - 1,30 - 1010 – 1950 31 – 52 120
ASTM A679 0,65 – 1,00 0,20 – 1,30 - 1640 – 2410 41 – 60 120
ASTM A229 0,55 – 0,85 0,30 – 1,20 - 1140 – 2020 42 – 55
120
ASTM A230 0,60 – 0,75 0,60 – 0,90 - 1480 – 1650 45 – 49
120
ASTM A231 0,48 – 0,53 -
Cr 0,80 – 1,10
V 0,15 (min)
1310 – 2070 41 – 55 220
ASTM 401 0,51 – 0,59 -
Cr 0,60 – 0,80
Si 1,20 – 1,60
1620 - 2070 48 - 55 245
Aços de Usinagem Fácil
Introdução
Aços de usinagem fácil são aços que
apresentam melhor desempenho durante
usinagem, são cortados mais facilmente
possibilitando maior produtividade em
processos de produção em massa de peças
com dimensões e geometrias variadas.
Introdução
A usinabilidade é uma propriedade
relacionada à facilidade com que um
material pode ser cortado, de acordo com
as dimensões, forma e acabamento
superficial requeridos comercialmente.
Introdução
A usinabilidade depende, desta forma, de
uma série de fatores (qualidade, forma da
ferramenta de corte, tipo e estado da
máquina ferramenta ou operatriz,
velocidade de avanço e profundidade de
corte, fluido de resfriamento, etc.).
Introdução
O método mais comum de medição da
usinabilidade é a usinabilidade relativa que
consiste em determinar qual material
garante vida mais longa da ferramenta
entre afiamentos consecutivos ou ainda
qual o desgaste sofrido pela ferramenta.
Requisitos Fundamentais
Composição 
química e da 
microestrutura
DurezaMicroestrutura
Dureza
Valores elevados de dureza, em geral, significam dificuldades de
usinagem ao passo que valores médios e baixos de dureza estão
associados a boa usinabilidade. No entanto, a dureza, a rigor,
não é um bom parâmetro de avaliação da usinabilidade já que o
material usinado encrua e aços com durezas muito baixas ou
elevada ductibilidade resultam em adesão do cavaco à
ferramenta de corte quando deveriam ser removidos.
Microestrutura
A microestrutura dos aços, por outro lado, é o fator que melhor
caracteriza a usinabilidade. Sem alterar a composição química de
um aço é possível melhorar a sua usinabilidade modificando a
sua microestrutura por meio de tratamentos térmicos ou
mecânicos adequados. Aços de baixo carbono, (<0,15%C) são
melhor usinados no estado normalizado, em vez de recozidos ou
encruados. Aços de elevado teor de carbono são melhor
usinados quando a microestrutura é do tipo esferoidita
(tratamento térmico de esferoidização).
Tipos de Ligas para Aços de 
Usinagem Rápida
Na verdade a formação de inclusões não
metálicas de Sulfeto de Manganês (MnS) ou a
introdução controlada de metais dúcteis como
chumbo e bismuto, formando uma fina dispersão,
melhora, significativamente, a usinabilidade
constituindo os açosde usinagem fácil.
Tipos de Ligas para Aços de 
Usinagem Rápida
As inclusões de sulfeto de manganês são produzidas a
partir da combinação (adição controlada) de enxofre
(0,08-0,24%) e manganês (0,3-1,7), proporção de 1:5. A
adição de fósforo, em teores menores que 0,12%, em
aços de baixo carbono, melhora a usinabilidade já que
forma cavacos curtos (endurecimento do aço por
solução sólida no ferro). O aço considerado padrão de
usinabilidade é o SAE 1112.
Aços para Chapas
Introdução
Chapas são materiais caracterizados pela
ductilidade e facilidade de conformação.
Não apresentam, em geral, elevada
resistência mecânica já que as cargas
normalmente suportadas limitam-se ao
próprio peso.
Introdução
Deveriam apresentar certa resistência à
corrosão atmosférica. Como não
apresentam este característico costuma-se
aplicar revestimentos protetores (ex.:
galvanização, folhas de flandres ou
esmaltadas).
Introdução
As propriedades destes aços podem ainda
ser ajustadas mediante tratamentos
térmicos de normalização, recozimento e
alívio de tensões. Podem ter espessuras de
0,30 mm (chapa fina) ou superiores a 300
mm (chapa grossa).
Requisitos Fundamentais
Elevada 
trabalhabilidade
Boa 
soldabilidade
Superfície sem 
defeitos
Características 
de acabamento
Baixo custo
Composição e Propriedades
Elemento
Composição
(%)
Propriedades Mecânicas
Carbono 0,05 – 0,55
Limite de 
escoamento
180 – 225 MPa 
Manganês 0,15 – 1,50 Limite de resistência 285 – 340 MPa
Silício 0,30 – 0,50 Alongamento 22 – 40 %
Fósforo + Enxofre < 0,05 Dureza Brinell 82 – 110 HB
Aços Resistentes ao Desgaste
Introdução
Aços resistentes ao desgaste, neste caso, são
aços que por si só, devido as suas características
em termos de composição química, possuem
elevada resistência ao desgaste. Ainda que a
mesma lhe seja conferida por tratamentos
térmicos ou mecânicos suplementares.
Introdução
O desgaste ocorre em peças em movimento
relativo, como em eixos, pistões, válvulas,
cilindros, etc. Trata-se de um fenômeno
superficial, devido ao contato de superfícies,
que resulta na modificação das suas dimensões
com perda de massa até que perdem a sua
eficiência em serviço.
Requisitos Fundamentais
Acabamento 
superficial
Dureza
Lubrificação
Resistência 
Mecânica
Tenacidade
Composições e Propriedades
Estado
Composição (%) Propriedades
C Mn Si
LR 
(MPa)
Along. (%)
Dureza Brinell
(HB)
Fundido 1,11 12,7 0,54 445 4 50 – 65
Fundido
1,00 –
1,40
10,00 –
14,00
0,20 –
1,00
690 –
995
30 – 65 185 – 210
Laminado
1,10 –
1,40
11,00 –
14,00
0,20 –
0,60
897 -
1086
40 - 63 170 - 200
Resumindo...
- Aços para arames e fios: os quais,
conforme aplicações podem apresentar
características de resistência à tração
realmente notáveis.
Resumindo...
- Aços para molas: caracterizados por
elevados limites de elasticidade, limites de
resistência ao choque e limites de
resistência à fadiga.
Resumindo...
- Aços de usinagem fácil: caracterizados pela
sua elevada usinabilidade, devido a teores acima
dos normais dos elementos enxofre, manganês
e fósforo, principalmente os dois primeiros.
Resumindo...
- Aços para chapas: que devem apresentar
excelente deformabilidade, boa soldabilidade,
baixo custo, entre outras características.
Resumindo...
- Aços resistentes ao desgaste: entre os quais o
mais importante é o que apresenta manganês
em quantidade muito acima do normal (entre
10 e 14%), além de alto carbono (entre 1,0 e
1,4%).
Exercícios
1 – Informe quais são as três tipos de molas helicoidais?
2 – Por que o patenteamento é utilizado no tratamento térmico dos aços
para arames?
3 – Quais são os requisitos fundamentais para a fabricação de aços para
molas?
4 – Qual a especificação padrão de um aço para usinagem rápida?
5 – Fale dos requisitos fundamentais para a fabricação de aços para
usinagem rápida.
6 – Por que os aços resistentes ao desgaste devem ser tenazes e possuir
elevada resistência mecânica?