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IPUC – Departamento de Engenharia Mecânica
AÇOS INOXIDAVEIS
1-Introdução
Os aços inoxidáveis são um grupo de ligas especiais desenvolvidas primariamente para resistir à corrosão.Outros aspectos desejáveis podem incluir excelente conformabilidade, alta tenacidade a temperatura ambiente e baixas temperaturas e boa resistência a oxidação e fluência em temperaturas elevadas.
A corrosão pode ser considerada como um ataque gradual e contínuo de metal por parte do meio circunvizinho. A corrosão não passa de uma atividade eletroquímica. É a deterioração que ocorre, quando um material reage com o meio ambiente. A corrosão pode ser uniforme ou localizada macroscópica (galvânica, erosão, “pitting”, esfoliação e lixiviação seletiva) ou localizada microscópica ( intergranular e sob tensão).
Os principais fatores a considerar na seleção de um material para resistir à corrosão são os seguintes:
sua taxa de corrosão nas condições de trabalho
suas propriedades mecânicas e físicas( a expansão térmica dos austeníticos pode ser 40-50% maior que dos aços ao carbono) 
a possibilidade de fabricação por métodos como soldagem, rebitamento sem criar suscetibilidade à corrosão;
disponibilidade e custo do material( incluindo custos de instalação e de manutenção). 
AISI descreve uma composição química com três dígitos (Tabela ). As ligas austeníticas com Mn/N começam com 2 e as ligas contendo Ni iniciam-se com 3. Os números com três dígitos que começam com 4 são ferríticos ou martensíticos.Graus endurecidos por precipitação iniciam-se com 6 ou adiciona-se PH após composição química aproximada. 
2-Proteção a Corrosão:
Passividade é a propriedade típica de certos metais de permanecerem inalterados no meio circunvizinho. 
Fatores de que depende a passividade dos aços resistentes a corrosão:
Composição Química- O cromo é o elemento mais importante ( Figura 1)
Condições de Oxidação- Meio oxidante tende a tornar passiva uma determinada liga. Ácido nítrico
Suscetibilidade à corrosão localizada – 
Suscetibilidade a corrosão intergranular- teor de carbono, granulação do aço, deformação a frio, elementos de liga e evitar tempo de permanência dentro da faixa crítica
Em termos econômicos, os aços inoxidáveis competem com metais de engenharia de maior custo e ligas que são baseadas em níquel ou titânio, oferecendo uma variedade de propriedades que são convenientes para uma faixa extensa de aplicações. Estes podem ser facilmente limpos, tornando-os a primeira escolha em aplicações que requerem higiene, tais como em hospitais, cozinhas e plantas processadoras de alimento. 
3- Classificação dos Aços Inoxidáveis:
Martensíticos, com 12-17%Cr e 0,1 a 1,0%C
Ferromagnéticos; podem ser trabalhados a quente e a frio, boa resistência à corrosão ao tempo, à ação da água e ácidos oxidantes (Tabela)
Ferríticos, 	com 15-30%Cr , baixo C , sem Ni e eventuais Mo,Nb e Ti 
Ferromagnéticos; podem ser trabalhados a quente e a frio, boa resistência à corrosão ao tempo, à ação da água e ácidos oxidantes e gases sulfurosos (Tabela)
Austeníticos com 18-25%Cr , 8-20%Ni e baixo C.
Não magnéticos, não endurecíveis por têmpera e sim por encruamento, boa trabalhabilidade. Exemplo- 301, 302,303,308 e 309.
Tratamento térmico: solubilização, alívio de tensões , nitretação 
Duplex 
PH ( semiaustenítico, austenítico ou martensítico 17-4PH)
Aços Inoxidável Martensítico
São austeníticos na faixa de 950–1000°C e se transformam em martensita no resfriamento. São temperáveis em ar mesmo em seções espessas o que os torna difíceis de amaciar. São usualmente revenidos para obter uma boa combinação de resistência mecânica, dutilidade e tenacidade. São susceptíveis de endurecimento por precipitação.Podem ser divididos em baixo e elevado carbono.
As Figuras 2 e 3 mostram o domínio da austenita em cortes verticais do sistema Fe-C-Cr. 
Para máxima resistência, o aço deve ser totalmente austenítico à temperatura de solubilização (1050°C), resultando uma estrutura completamente martensítica após resfriamento ao ar( qualquer teor de ferrita delta abaixa a resistência mecânica).Os elementos mais eficazes são os alfagêneos como o Mo e V. 
A Tabela quantifica as influências dos elementos sobre a formação de ferrita-delta. 
	Elemento
	Variação na ferrita delta ( adição de 1%)
	N
	-220
	C
	-210
	Ni
	-20
	Co
	-7
	Cu
	-7
	Mn
	-6
	Si
	+6
	Mo
	+5
	Cr
	+14
	V
	+18
	Al
	+54
 
Os efeitos alfagêneos e gamagêneos foram analisados por Schaeffler e Schneider através dos equivalentes de Cr e Ni (Figura 4 ).
Figura 4 : Diagrama de Schaefler para análise de metal de solda em aço inoxidável.
Resistência ao Revenimento do Aço 0,1%C-12%Cr
O revenimento do aço 0,1%C-12%Cr não ligado apresenta um retardamento do amaciamento devido à precipitação do carboneto Cr7C3 e de uma fase do tipo Cr2(CN). Do ponto de vista da resistência à corrosão e tenacidade os melhores resultados se obtêm fazendo o revenimento à temperatura mais alta possível. Se, além disso, se necessita de alta resistência mecânica , então deve-se aumentar a resistência ao revenimento pela adição de Mo e V.
Os principais critérios de projeto dos aços inoxidáveis 12%Cr de alta resistência podem ser assim resumidos:máxima resistência ao revenimento, ausência de ferrita-delta,temperatura Mf acima da temperatura ambiente e temperatura A1 tão alta quanto possível.
Os principais usos destes aços se encontram na indústria química e petroquímica, motores de turbina a gás, usina termoelétricas, componentes de turbinas ( pás, compressores e discos), componentes de motores e estruturas de avião.
AÇOS INOX MARTENSÍTICOS de C e Cr Elevados
O aumento do teor de carbono eleva a resistência à tração pelo aumento da fração volumétrica de carbonetos com conseqüente necessidade de temperaturas de austenitização mais altas, diminuição na tenacidade e na soldabilidade do aço. São usados em bombas e válvulas de refinarias de petróleo, engrenagens, mancais, válvulas de agulha.
O teor mais elevado de carbono pode causar a precipitação do carboneto Cr23C6 nos contornos de grão da austenita levando à corrosão por “pits”.
Aços com carbono 0,6-1% são usados em lâminas de barbear, rolamentos de esfera, instrumentos cirúrgicos, etc.
Uma outra possibilidade na variação de composição química dos aços inox martensíticos é manter o carbono baixo e aumentar o teor de cromo(16-17%).Isto é feito nas aplicações em que se exige maior resistência à corrosão(atmosferas marinhas e ambientes de água salgada).
Os aços inoxidável de transformação controlada são austeníticos passíveis de serem transformados em martensita através de um tratamento térmico a baixa temperatura. Após a formação de martensita, o aço ainda poderia sofrer um aumento adicional de sua resistência mecânica através de tratamento térmico de endurecimento por precipitação aplicado à martensita. O elemento de liga mais utilizado para este fim é o cobre em teores de até 2% ( Figura 5).
O recozimento da austenita a 700°C provoca substancial precipitação de carboneto do tipo M23C6 removendo carbono e cromo da austenita. Isto , por sua vez , eleva a temperatura Mi , de modo que , ao ser resfriado até a temperatura ambiente, o aço sofrerá a transformação martensítica. O processo de precipitação do carboneto M23C6 é auxiliado pela presença de ferrita delta, pois as interfaces austenita/ferrita delta são locais preferidos de nucleação.
O trabalho a frio pode elevar bastante a temperatura Mi do aço e, portanto, pode ser empregado para transformar a austenita e martensita. Não é um processo usualmente empregado porque é difícil assegurar uma transformação uniforme ao longo de todo o componente, exceto no caso de chapas e arames.
O processo TRIP de obtenção de aços de alta resistência mecânica aliada a uma boa dutilidade se baseiano fato de que, quando a martensita é formada durante a deformação plástica, a taxa de encruamento cresce e isto aumenta a dutilidade uniforme , antes de se dar a instabilidade plástica.No primeiro processo , a composição do aço é ajustada de modo que ele seja austenítico à temperatura ambiente e seu Md ( é a temperatura mais alta na qual uma quantidade projetada de martensita se forma abaixo de condições de deformação definida) se situe acima desta temperatura, passando por grandes reduções ( acima de 80%) na faixa de 250-550°C. Esta deformação eleva o Mi e Md , mas a austenita ainda é estável até a temperatura ambiente. Impondo-se , agora, uma nova deformação à temperatura ambiente, ocorrerá a transformação martensítica. 
O segundo método exige que o aço contenha formadores de carbonetos e Mi e Md abaixo da temperatura ambiente. Após solubilização, o aço está na condição austenítica e é então submetido a tratamento termomecânico ( 80% de deformação a 250 –550°C). Isto provoca a precipitação de carbonetos, com conseqüência elevação de Mi e Md . Md chega a um valor acima da temperatura ambiente. Nova deformação plástica a esta temperatura causará a formação de martensita.
AÇO INOXIDÁVEL FERRÍTICO
Os aços inoxidáveis ferríticos são da serié 4XX , estrutura CCC, baixa tenacidade, e mais difícil de usinar que os austeníticos(3XX). Não podem ser endurecidos por têmpera. Este grupo de aços inoxidáveis contém de 14 a 27%Cr e outros elementos de liga em teor variável. Apresentam menor resistência à corrosão , menor conformabilidade e tenacidade que os inox austenítico, mas têm a vantagem de menor preço e sua resistência à corrosão sob tensão em cloretos. A soldagem destes aços apresenta dificuldades : formação de austenita e martensita com o resfriamento;formação de ZTA frágil e susceptível à sensitização(perda da habilidade de criar a camada passiva). Deve-se utilizar aço estabilizado ao Nb e Ti para evitar crescimento de grão na ZTA e processo TIG/MIG(Tabela ).
Estes aços são resistentes a atmosferas urbanas e rurais e pouco resistentes a atmosferas marinhas e industriais( cloretos presentes), são sensíveis à corrosão intergranular( acima de 900°C).
 AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO
A serié 2XX e 3XX é a classe mais comum de materiais considerado quando selecionam-se aços inoxidáveis por causa da superioridade de suas propriedades sobre os aços carbono ou ligas de aço com moderado aumento de custo (Figura).Os elementos de liga principais incluem Cr(16 a 26%) , Ni(até 35%) e Mn( até 20%).Eles são endurecidos por trabalho a frio e não respondem à tratamentos térmicos com a finalidade de endurecimento. Algumas ligas (301 e 304) podem resultar em transformação martensítica por trabalho a frio , tornando-as magnética.A liga 303 é a de melhor usinabilidade entre os aços austeníticos.A sua usinabilidade é 78% do aço ABNT 1212. 
Estes aços apresentam teores elevados de níquel.A adição de níquel a aços 18%Cr amplia o domínio da austenita com dois efeitos sobre a microestrutura.
 . aumenta a quantidade de austenita na temperatura do tratamento de solubilização( a baixos teores de níquel esta austenita pode transformar-se em martensita)
 
 . abaixa a temperatura Mi, sendo suficiente cerca de 8% Ni para que essa fique abaixo da temperatura ambiente. O aço se manterá , então, austenítico à temperatura ambiente ( Figura 6 ).
Observa-se que, para cerca de 18%Cr, um teor mínimo de níquel (em torno de 8%) é exigido para manter uma estrutura inteiramente austenítica.
A transformação da austenita em martensita ocorre em ligas com menor teor de níquel para as quais Mi é maior que a temperatura ambiente ou após tratamento sub-zero em ligas com Mi menor que a temperatura ambiente.
Os inoxidáveis austeníticos são muito resistentes à corrosão em vários meios, em especial à corrosão atmosférica exceto atmosferas marinhas pela presença de cloretos. Os cloretos penetram através da película passiva e causam corrosão por pontos(pitting). 
A adição de molibdênio melhora à corrosão dos inox austeníticos em geral e em particular na presença de cloretos. A presença de ferrita delta e martensita é prejudicial à corrosão.
A suscetibilidade dos inox austeníticos à corrosão sob tensão é grande em soluções aquecidas de cloretos. A fratura transgranular clássica , induzida por cloretos na corrosão sob tensão, não ocorre nos inox ferríticos, evidenciando a resistência da ferrita delta a este tipo de corrosão. 
Endurecíveis por Precipitação(PH)
Estas ligas diferem dos três graus prévios porque endurecem quando a estrutura é deformada devido à precipitação de excesso de material em solução na estrutura congelada.O material é processado em três etapas:
Aquecimento para dissolver os elementos ou compostos ;
Resfriamento rápido para reter o efeito de solução, mantendo os elementos em um estado supersturado;
Reaquecer para permitir a precipitação controlada das partículas em tamanhos submicroscópicos; 
Diferentes tratamentos térmicos exibem várias taxas de corrosão e alterações dimensionais.
 Duplex 
São combinação de aços ferríticos e austeníticos que têm quantidades iguais destas fases e contém até 30%Cr e baixo carbono (0,03%). Têm resistência química melhorada comparada ao 303 e 304 como, também, resistência à formação de trinca sob tensão e soldabilidade.São utilizados em indústrias petroquímica, papel e bombas. Não há uma designação convencional de números para estes aços, mas são definidos no sistema UNS.
Estes incluem graus de alta liga Cr e Ni de boa resistência ao desgaste e à corrosão, graus livres de Ni (biocompatíveis(indústria médica),instrumentos cirúrgicos, joalheria, indústria de alimentos), resistentes ao calor ( sistema de exaustão) , ligas PREN( resistência à “pit” ) e SMSS ( aços inoxidáveis de efeito memória). 
Resistência à Corrosão
 
A resistência à corrosão de aços inoxidáveis surge de um filme de óxido rico em cromo passivador que se forma naturalmente na superfície do aço. Embora extremamente fino, de 1 a 5nmde espessura, este filme protetor é fortemente aderente e quimicamente estável sob condições que fornecem oxigênio suficiente à superfície.A chave para a durabilidade da resistência à corrosão é sua propriedade auto-reparadora que permite que a superfície permaneça passivada. 
Modos comuns de corrosão em aço inoxidável incluem corrosão galvânica por fenda em líquidos estacionários e ataque por “pit”.
Em geral, a resistência à corrosão e oxidação de aço inoxidável aumenta com o teor de cromo. A adição de níquel gera austenita , torna o óxido mais resistente e eleva seu desempenho em condições mais agressivas. A adição de molibdênio aos aços ferríticos e austeníticos melhora sua resistência à corrosão por “pit”. 
 Usinabilidade
Aços martensíticos são melhor usinados no seu estado recozido para evitar desgaste da ferramenta devido à condição de endurecimento. Os austeníticos são mais difíceis de usinar em razão do encruamento durante operação de usinagem , especialmente aqueles graus contendo nitrogênio.Encruamento anterior a operação de usinagem pode melhorar sua usinabilidade. Os aços ferríticos são facilmente usináveis para menor teor de cromo, e os PH na condição de tratado termicamente.
A Tabela fornece uma idéia da classificação da usinabilidade, soldabilidade e conformabilidade dos aços inoxidáveis.
	Grau
	Conformabilidade
	Usinabilidade
	Soldabilidade
	303
	1
	8
	1
	304
	8
	5
	8
	316
	8
	5
	8
	416
	1
	10
	1
	430
	4
	6
	2
	Duplex
	5
	6
	6
 
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