Ligas Metalicas Ferrosas

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PARTE II
FUNDAMENTOS E PROPRIEDADES DOS
MATERIAIS
Marcio Della
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Marcio Della
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Marcio Della
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1. MATERIAIS METÁLICOS:
1.1. Introdução:
A metalurgia pode ser descrita como a arte e a ciência de obter os metais e
adaptá-los para que satisfaçam as necessidades do homem (Guy, 1965).
Embora os átomos metálicos sejam abundantes na superfície da Terra, a
maior parte deles está combinada com átomos de elementos não metálicos.
Portanto, a primeira providência a tomar é obter os átomos na forma metálica,
através da metalurgia extrativa.
Após a obtenção do metal desejado na forma de um lingote, obtido pelo
processo de solidificação, é necessário trabalhar esses material por deformação
plástica para obter a forma desejada para o produto final. Nessa etapa entra a
metalurgia mecânica, que é constituída por diversos processos de manufatura,
podendo-se destacar os processos de laminação, forjamento, extrusão, trefilação,
entre outros.
Deve-se destacar também a importância dos tratamentos térmicos dos
materiais metálicos, como por exemplo a têmpera, o revenido, o recozimento, que
tem por objetivos melhorar as propriedades desses materiais.
Alguns processos utilizados para unir materiais metálicos também devem
ser ressaltados pela sua importância – os processos de soldagem. Também
merecem destaque os processos de revestimentos superficiais, como
revestimentos eletroquímicos, com os objetivos de dar proteção à corrosão, ao
desgaste, ao calor, entre outros.
Neste trabalho serão apresentadas as principais características dos
materiais metálicos mais comuns , tanto ferrosos como não ferrosos.
A Figura 1 apresenta um esquema da classificação dos principais materiais
metálicos.
A Figura 2 mostra o diagrama de equilíbrio de fases do Ferro – Fe3C.
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Figura 1 – Esquema de classificação para as várias ligas ferrosas (Callister Jr.,
2002).
Figura 2 – Diagrama de equilíbrio de fases Fe – Fe3C.
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1.2. Metais ferrosos:
As ligas ferrosas, cujo elemento ferro é o constituinte principal, são
produzidas em maior quantidade do que qualquer outro tipo de metal, e sua
ampla utilização deve-se basicamente a três fatores: (a) quantidades abundantes
de compostos metálicos que contêm ferro; (b) podem ser produzidas através de
técnicas relativamente baratas de extração, refino, adição de elementos de liga e
conformação mecânica; e (c) São versáteis, podendo ser produzidas dentro de
uma ampla variedade de propriedades mecânicas, químicas e físicas. Como
desvantagem principal, pode-se citar a suscetibilidade de muitas ligas ferrosas à
corrosão.
As ligas ferrosas podem ser classificadas em aços ou ferros fundidos, de
acordo com o teor de carbono. Para os aços, são consideradas aquelas ligas cujo
teor de carbono seja inferior a 2,11%; as ligas com teor de carbono superior a
este valor são chamadas de ferros fundidos.
1.2.1. Aços – carbono:
1.2.1.a. Classificação:
Os aços - carbono constituem a mais importante categoria de materiais
metálicos utilizada na construção de máquinas, equipamentos, estruturas,
veículos e componentes diversos de sistemas mecânicos.
A classificação dos aços - carbono pode se dar segundo diversos critérios:
- Tipo de semi-produto: aços laminados planos (placas, chapas, etc.), laminados
não planos (perfis, barras, arames), trefilados (arames, tubos), forjados e
fundidos; e, ainda, trabalhados a quente e trabalhados a frio;
- Teor de carbono: aço de baixo carbono (%C < 0,25) de médio - carbono (0, 25
<%C < 0, 50) e de alto carbono (%C > 0, 50);
- Tipo de fabricação: aço obtido de forno de revérbero clássico, conversor
oxigênio básico, forno elétrico ácido, e forno elétrico básico;
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- Tipo de procedimento de desoxidação: aço efervescente, capeado, semi -
acalmado e acalmado;
- Tipo de lingotamento: aço de lingotamento convencional ou lingotamento
contínuo;
- Tipo de aplicação: nesse caso a classificação se torna mais complexa em face
da variedade da aplicação que poderia ser agrupada de diversas formas como
aços para componentes específicos (molas, engrenagens, etc.), aços para
tratamento térmico e aços para facilidade de fabricação do componente (de
fácil usinagem, de fácil conformação, etc.).
A Tabela 1 mostra alguns exemplos de aplicação para os aços carbono e
os aços liga.
Tabela 1 - Classificação quanto ao tipo de semi-manufaturado dos aços - carbono
e aços - liga (baixa liga) - resumo.
Aços carbono Aços liga
Semi-acabados para forjamento Placas
Estrutural Barras laminadas a quente
Placas Arames
Barras laminadas a quente Barras acabadas a frio
Barras acabadas a frio Tubos para oleodutos
Chapas finas laminadas a quente
Produtos tubulares para campos
petrolíferos
Chapas finas laminadas a frio Produtos tubulares especiais
Tubos
Chapas chumbadas compridas
Chapas galvanizadas
Arames
Bobinas laminadas a quente
Bobinas laminadas a frio
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1.2.1.b. Constituição:
Os aços são ligas ferro - carbono, com os teores de carbono variando de
0,008% a 2,06% e com elementos residuais decorrentes do processo de
fabricação: manganês, silício, fósforo e enxofre além de outros componentes em
teores muito menores. O silício está presente normalmente em teores de até
0,60% dependentes do processo de desoxidação adotado na produção do aço. O
manganês permanece abaixo de 1,65% e o cobre abaixo de 0,60%. O teor
máximo de fósforo é de 0,040% e o de enxofre 0,050%, a não ser para os aços de
fácil usinagem que contém teores maiores desses elementos. Alguns aços de fácil
usinagem contém ainda de 0,15 a 0,35% de chumbo. Os outros elementos são
gases introduzidos no processo de fabricação do aço (H, O, N), metais com
origem na sucata (Ni, Cu, Mo, Cr, Sn) e metais usados no processo de
desoxidação (AI, Ti, V, Zr).
1.2.1.c Designação:
O sistema de designação dos aços de uso mais comum se desenvolveu
em entidades americanas: AISI - American Iron and Steel Institute e SAE - Society
of Automotive Industry. A norma ABNT para a designação dos aços é a NB - 82.
 Para os aços - carbono trabalhados a designação é estabelecida com 4
dígitos, em função da composição química, da seguinte forma:
- 10xx para aços - carbono com até 1,00% de Mn;
- 9 11U para aços com enxofre (de fácil usinagem);
- 12XX para aços com enxofre e fósforo (de fácil usinagem);
- 13XX para aços - carbono com 1,75% de Mn;
- 15XX para aços - carbono com Mn entre 1,00 e 1,65%.
A posição XX é ocupada pelo número que corresponde 100 vezes o teor de
carbono.
A letra L pode estar presente para indicar o tipo de aço de fácil usinagem
com 0,15 a 0,35% de chumbo (por exemplo, 11L17). Para aços com boro
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(0,0005% a 0,003%) para elevação da temperabilidade utiliza-se letra B (por
exemplo, 15B41). A colocação da letra H posterior (por exemplo, 1045H), indica
que existe um requisito adicional de endurecibilidade (temperabilidade)
estabelecido por uma faixa no ensaio Jominy.
Os aços carbono para fundição possuem composições próximas dos aços
– carbono trabalhados e são designados de forma diferentes por entidades
diversas; contudo é comum aparecer na classificação dígitos que indicam os
limites de resistência.
1.2.1.d. Propriedades mecânicas:
As propriedades dos aços - carbono dependem basicamente do teor de
carbono e da microestrutura. A microestrutura é formada em função das
condições dos tratamentos térmicos e mecânicos aplicados. A elevação do teor
de carbono, mantendo o tamanho de grão constante, conduz a uma modificação
da microestrutura. Nos aços resfriados lentamente a partir das temperaturas de
transformação de fase (ver diagrama de equilíbrio Fe - C), à medida em que o
teor de carbono cresce,a partir de praticamente 0%, obtém-se microestruturas
ferríticas - perlíticas para os aços hipoeutetóides (isto é, com %C inferior a
0,76%), perlíticas (com %C igual a 0,76%) e perlíticas - cementíticas (com %C
superior a 0,76%). Nessa seqüência cresce: a dureza, o limite de escoamento e a
resistência à tração; mas essas duas últimas propriedades estabilizam-se em um
determinado nível a partir do ponto eutetóide; e nessa mesma seqüência reduz-se
a ductilidade (alongamento e estricção) e a tenacidade (entendida como
resistência ao choque - Charpy).
Os aços - carbono apresentam temperabilidade relativamente pequena e
em decorrência disso são mais comumente usados com as estruturas que surgem
nas condições fundidas, forjadas ou laminadas, ou seja, predominantemente
ferrítica - perlítica. Como a presença da perlita é marcante nas propriedades
desses aços, cresce à medida que o teor de carbono se aproxima de 0,8%, duas
características precisam ser consideradas: tamanho de grão e espaçamento
interlamelar (isto é, distância entre as lamelas de ferrita e cementita constituintes
da perlita); a ductilidade cresce com a diminuição do tamanho de grão perlítico, e
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a dureza, a ductilidade e a resistência mecânica crescem com a redução do
espaçamento interlamelar. O tamanho de grão e o espaçamento interlamelar são
menores para temperaturas de transformação austenita - perlita menores (ver
diagramas de transformação – tempo – temperatura - diagramas TTT). As
temperaturas de transformação são, por sua vez, dependentes das velocidades
de resfriamento e da composição, tamanho de grão e homogeneidade da
austenita. O carbono e o manganês são os principais constituintes dos aços -
carbono, pois o primeiro é estabelecido em função da propriedade de resistência
exigida e o segundo em decorrência do tipo de microestrutura que pode surgir das
condições de trabalho mecânico ou tratamento térmico.
Os aços fundidos tem uma microestrutura com granulação mais grossa,
dependendo das velocidades de resfriamento no molde, constituída de uma
mistura de ferrita, cementita e perlita, que além disso, apresenta segregação
dendrítica; esse material tem baixa resistência e ductilidade, e em decorrência, as
peças fundidas precisam sofrer tratamentos térmicos de homogeneização e refino
de microestrutura.
Os aços trabalhados a quente, nas temperaturas de austenitização,
apresentam microestruturas com a segregação dendrítica eliminada durante o
aquecimento e deformação plástica, e com o tamanho de grão reduzido pelos
ciclos de aquecimento para recristalização - deformação plástica; além disso, as
inclusões são orientadas na direção da deformação plástica. Todas essas
alterações que aumentam a homogeneidade e reduzem o tamanho de grãos da
austenita, conduzem à obtenção de uma microestrutura de ferrita - perlita de
maior ductilidade, dependendo das condições de resfriamento. É de se esperar,
contudo, uma diferença mais ou menos acentuada da microestrutura na superfície
e na parte central de uma peça ou de um semi-manufaturado (perfil, placa, etc.)
espesso.
Os aços trabalhados a frio - que se apresentam comumente na forma de
chapas e tiras finas, arames e tubos – apresentam-se encruados, isto é,
endurecidos por deformação plástica. Contudo os produtos recozidos, ou seja,
aqueles tratados termicamente com austenitização e resfriamento lento posterior,
apresentam microestrutura recristalizada com a ausência do encruamento.
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O encruamento eleva a resistência e a dureza, e reduz a ductilidade, e o
efeito é mais pronunciado para teores maiores de carbono.
A maioria dos aços - carbono, na forma de produtos semi-manufaturados, é
utilizada sem tratamentos térmicos adicionais após a fabricação da peça. O
recozimento é empregado para aumentar a usinabilidade e a conformabilidade;
para obter estrutura de elevada ductilidade adequada aos processos de
conformação a frio adota-se o recozimento sub-crítico ou o tratamento de
esferoidização (transformação da perlita em nódulos de cementita). A
normalização é empregada para refinar mais ainda o grão para aplicação onde se
exige elevada tenacidade. A têmpera e revenido, que conduzem a obtenção de
microestruturas de martensita e martensita revenida respectivamente, aplicam-se
para obter dureza em algumas peças de seções não muito espessas (até
aproximadamente 25 mm). A austêmpera, que produz microestrutura bainítica
aplica-se para conciliar tenacidade e dureza em peças pouca espessas (até
aproximadamente 5 mm).
1.2.2. Aços - liga:
1.2.2.a. Classificação:
Os aços - liga, como os aços - carbono, podem ser classificados pelo tipo
de semi-produto (chapas, barras, etc.) e pelo tipo de aplicação. Contudo, a
classificação mais geral é aquela em que agrupa os aços - liga nos seguintes
tipos:
a) Aços - liga de construção mecânica (série SAE-AISI);
b) Aços de alta resistência e baixa liga;
c) Aços para ferramentas;
d) Aços para altas temperaturas;
e) Aços resistentes à corrosão (aços inoxidáveis);
f) Aços resistentes ao desgaste;
g) Aços para fins especiais.
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Neste item de aços - liga será tratado o primeiro tipo, que se constitui nos
materiais de uso mais comum na constituição de componentes (engrenagens,
eixos, camos, etc.) de máquinas e de veículos automotivos.
1.2.2.b. Constituição:
Os aços - liga são aqueles que contêm elementos de liga nas seguintes
proporções estimadas (definição da AISI): mais do que 1,65% Mn, ou 0,60% Si ou
0,60% Cu; ou ainda Cobalto, Nióbio, Molibdênio, Níquel, Titânio, Tungstênio,
Vanádio, Zircônio ou qualquer outro elemento de liga adicionado com o intuito de
melhorar as propriedades mecânicas e a tenacidade após a realização de
tratamentos térmicos. Quando não são indicados como elementos de liga, os
seguintes teores máximos são especificados (em %): 0,35 Cu - 0,25 Ni - 0,20 Cr -
0,06 Mo.
A influência dos elementos de liga nesses aços se dá pela alteração da
microestrutura por tratamento térmico, de uma forma muito mais ampla e variada
do que ocorre com os aços carbono.
1.2.2.c. Designação:
A designação AISI – SAE (ver norma da ABNT - NB82) é de uso comum e
apresenta a seguinte natureza:
a) 4 dígitos onde os dois últimos correspondem ao teor de carbono multiplicado
por 100;
b) O 1o dígito indica quando: 1 aço carbono, 2 aço níquel e 3 aço cromo - níquel;
c) O 2o dígito, para aço de composição simples, indica o teor (em %) do elemento
de liga predominante.
Então, a lista AISI (Tabela 2) condensada dos aços - liga apresenta-se
assim:
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Tabela 2 – Classificação dos aços liga de acordo com a composição química.
Classificação Composição Química
23XX 3,5 Ni
25XX 5,0 Ni
31XX 1,25 Ni - 0,65 Cr
33XX 3,50 Ni - 1,55 Cr
40XX 0,25 Mo
41XX 0,50 ou 0,95 Cr - 0,12 ou 0,20 Mo
43XX 1,8 Ni - 0,50 a 0,80 Cr - 0,25 Mo
44XX 0,40 ou 0,53 Mo
46XX 1,55 ou 1,80 Ni - 0,20 ou 0,25 Mo
47XX 1,05 Ni - 0,45 Cr - 0,20 Mo
48XX 3,5 Ni - 0,25 Mo
50XX 0,28 ou 0,40 Cr
51XX 0,80, 0,90, 0,95, 1,00 ou 1,05 Cr
5XXX 1,00 C - 0,50, 1,00 ou 1,05 Cr
61XX 0,80 ou 0,95 Cr - 0,10 ou 0,15 min. V
81XX 0,30 Ni - 0,40 Cr - 0,12 Mo
86XX 0,55 Ni - 0,50 ou 0,65 Cr - 0,20 Mo
87XX 0,55 Ni - 0,50 Cr - 0,25 Mo
88XX 0,55 Ni - 0,50 Cr - 0,35 Mo
92XX 0,85 Mn - 2,00 Si
93XX 3,25 Ni - 1,2 Cr - 0,12 Mo
As letras L e B são inseridas no meio (por exemplo, 51B60) para designar
os aços com chumbo ou boro respectivamente. E a letra H é colocada
posteriormente (por exemplo, 4140H) para indicar a exigência de um mínimo de
temperabilidade.
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1.2.2.d. Propriedades mecânicas:
Nos aços - liga de construção mecânica as propriedades mecânicas,
adequadas aos diversos usos na produção de componentes de máquinas e
veículos, são comumente atingidasatravés de tratamentos térmicos de
endurecimento. Nesse caso, então, uma propriedade importante é a
temperabilidade, ou endurecibilidade, que pode ser definida como a capacidade
do material endurecer até uma certa profundidade - a partir da superfície do corpo
de prova constituído desse material - quando submetido ao trata mento térmico de
têmpera.
De uma forma geral os elementos de liga adicionados aos aços reduzem a
velocidade de transformação da austenita em temperaturas sub-críticas; e isso
facilita a obtenção de microestruturas que surgem às baixas temperaturas de
transformação, ou seja, a bainita e a martensita, ao mesmo tempo em que evita o
surgimento de microestruturas menos resistentes ferríticas - perlíticas. Dessa
forma, os elementos de liga elevam a temperabilidade dos aços controlando a
microestrutura; e a microestrutura, nessas condições, é o fator que define as
propriedades mecânicas em relação a uma maior resistência e tenacidade. A
composição química em si não é determinante das propriedades, mas sim a sua
influência na temperabilidade; dessa maneira é possível alterar, combinando
teores de diversos elementos de liga, a composição para obter um mesmo efeito
final correspondente a uma microestrutura e, consequentemente, a uma
propriedade mecânica; a seleção, então, dos elementos de liga, fica
condicionada:
- À influência dos elementos na temperabilidade;
- Ao custo de aquisição e adição dos elementos nos aços;
- À disponibilidade dos elementos no mercado.
O efeito dos elementos de liga na temperabilidade nos aços pode ser
analisada relacionando os diâmetros críticos (diâmetro que produz 50% de
martensita no centro após tratamento térmico de têmpera) para a condição do aço
com um certo teor e com teor nulo de um determinado elemento, mantendo os
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demais fatores (tamanho de grão austenítico e teores dos outros elementos)
constantes. Essa relação denomina-se fator de multiplicação de temperabilidade
(FMT). Partindo da precipitação e o coalescimento de carbonetos, os elementos
de liga presentes retardam essas transformações; os elementos formadores de
carbonetos (como Cr, Mo, V) exercem uma influência bem maior no revenido do
que os elementos que tendem a se dissolver na ferrita (como Mn, Ni e Si),
exigindo temperaturas ou tempos de tratamento de coalescimento mais elevados.
A ductilidade do material se eleva com o aumento da temperatura de revenido,
contudo em alguns casos pode ocorrer uma queda de ductilidade, e de
tenacidade, quando o tratamento se dá em uma determinada faixa de temperatura
(230 - 370oC), para, em seguida, provocar novo aumento de ductilidade, em
temperaturas maiores. Outro fenômeno, a fragilidade do revenido, pode surgir -
com uma acentuada queda de ductilidade - quando o resfriamento da temperatura
de revenido se dá de forma lenta a partir de determinadas faixas de temperatura
(acima de 590 - 450oC); alguns elementos de liga podem acentuar o efeito (Mn,
Cr, P) porém o molibdênio retarda o fenômeno.
Os elementos de liga também podem ter um efeito de endurecimento da
ferrita, entrando em solução sólida, nos aços não endurecidos por tratamento
térmico. Nesse caso a composição química do aço é o fator preponderante na
definição das propriedades mecânicas; contudo para o efeito de endurecimento
da ferrita ser preponderante em relação ao efeito da modificação da
microestrutura, o resfriamento das temperaturas de austenitização (no trabalho a
quente ou no recozimento) devem ser relativamente lento. O aumento da
resistência não é acompanhada, nesses casos, por uma acentuada queda de
ductilidade e tenacidade. Os elementos de liga mais efetivos são, na ordem
crescentes: Cr, W, V, Mo, Ni, Mn, Si e P.
Os aços com baixo teor de carbono (0,10 - 0,25%) são utilizados
comumente com tratamentos termoquímicos de endurecimento (como
cementação), para se obter uma peça com superfície resistente mecanicamente e
com o núcleo conservando ductilidade e tenacidade relativamente elevadas. os
aços - liga, como 40XX, 41XX, 50XX, e baixo carbono, apresentam maior
tenacidade no núcleo do que os aços carbono do tipo 10XX e 11XX, além de
exigirem meios menos brusco (óleo em lugar de água) de resfriamento (por
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exemplo, quando da têmpera da superfície; nos casos de ser necessário maior
usinabilidade os teores de Mn e S são maiores). Nos casos de especificações de
dureza maiores são escolhidos os aços 46XX, 51XX, 86XX (tipicamente 4620,
5120 e 8610), ou ainda, para resistência maior 48XX e 93XX (tipicamente 4815 e
9310), e ainda aços com boro; as peças mais espessas também exigem esses
últimos aços.
Os aços com teores de carbono mais elevados (0,30%; 0,50%C) são
selecionados em função da profundidade de têmpera, onde se procura endurecer
a seção transversal da peça mais espessa; os aços da série 13XX, 40XX, 51XX,
86XX e 41XX são os indicados (com exemplos típicos: 1345, 4140, 4340, 5140,
8640) para máxima dureza em peças pouco espessas ou dureza menor para
peças mais espessas (onde, em geral, se busca elevar a resistência e reduzir o
peso da peça). Para as condições mais severas de solicitação mecânica e para
peças espessas os aços indicados são os do tipo 4340 ou 86B45.
As propriedades requeridas como, por exemplo, os limites de escoamentos
e as durezas, determinam o tipo de aço a ser selecionado, lembrando-se de que
essas propriedades precisam ser indicadas em função da dimensão da peça
(comumente variando de 10 a 100 mm) e do local (centro, superfície ou posição
intermediária) onde se quer que elas se da verifiquem após o tratamento térmico
de têmpera e revenido. Por exemplo: um aço para resistir a um alto nível de
solicitação, com um limite de resistência ao escoamento mínimo entre 860 a 1030
MPa, dureza de 30 a 36 HRC, com tratamento térmico de têmpera para obter
80% de martensita (M) ou no centro ou na metade do raio de uma barra (têmpera
em óleo), é selecionado entre os seguintes:
- diâmetro até 13mm, com 80% M no centro: 5133SH, 5135H;L 29-30 HRC,
- diâmetro de 13-25mm, com 80% M no centro: 4125H -8640H - 94B30H -
8740H;
- diâmetro de 25-38mm, com 80% M na metade do raio: 4137H;
- diâmetro de 50-63mm, com 80% M na metade do raio: 4142H.
O alumínio, e, também, o titânio, o cromo e o vanádio são elementos
formadores de nitretos. A seleção ocorre comumente apoiada no custo do aço e
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no nível de endurecimento exigido no núcleo da peça (convém lembrar que além
dos aços de construção mecânica, são nitretados algumas vezes os aços para
ferramentas e os aços inoxidáveis); a endurecibilidade do aço é um fator
importante para garantir uma resistência às cargas solicitantes através da seção,
com uma microestrutura de martensita revenida obtida em tratamento prévio de
têmpera e revenido; como a espessura da camada nitretada é pequena, o núcleo
deve apresentar uma dureza maior. A camada nitretada apresenta ainda duas
características importantes: elevada resistência aos riscos (em movimento relativo
entre superfícies metálicas) e, ainda, tensões residuais de compressão; essas
últimas contribuem para elevar a resistência à fadiga da peça. Os aços para
nitretação comuns são os aços da série 41XX (4130, 4140), da série 43XX (4330,
4340) e 86XX (8640), e os aços denominados "nitrallay", com teores de alumínio
ao redor de 1% e cromo 1,2 - 1,6%, com níveis de dureza de camada bem maior.
1.2.3. Aços para fundição:
1.2.3.a. Classificação:
Os aços para fabricação de peças pelo processo de fundição podem ser
classificados em quatro grupos, de acordo com o teor de carbono e dos
elementos de liga presentes, da seguinte forma:
a) aços de baixo carbono para fundição, com teor de carbono menor do que
0,20%;
b) aços de médio carbono para fundição, com teor de carbonoentre 0,20 -
0,50%;
c) aços de alto carbono para fundição, com teor de carbono maior do que 0,50%;
d) Aços – liga de baixo teor em liga, com teor total de elementos de liga inferior a
8%;
e) Aços – liga de alto teor em liga, com teor total de elementos de liga superior a
8%.
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Os aços - liga resistentes ao calor, resistentes à corrosão e resistentes ao
desgaste são classificados como categorias de características especiais e não
são considerados nessa classificação.
1.2.3.b. Constituição:
Os aços para fundição podem ser constituídos dos mesmos componentes
que fazem parte dos aços - carbono e aços - liga na forma trabalhada, isto é, de
uma forma geral, uma peça pode ser fabricada por fundição com os mesmos aços
que são usados na forma transformada mecanicamente, contudo o material dessa
peça não apresenta as diferenças de propriedades para direções diversas como
ocorre nos produtos trabalhados. Como a composição química é similar, os aços
para fundição apresentam propriedades semelhantes nas respostas aos
tratamentos térmicos e nas solicitações mecânicas, e ainda, no comportamento
durante a soldagem.
Os teores de silício comumente são maiores do que nos aços trabalhados
de composição equivalente, e o teor de manganês conjuntamente com o de
silício, pode sofrer variações que permitem controlar a qualidade do produto
fundido.
1.2.3.c. Designação:
A designação segue a indicação das entidades como a ASTM, SAE e o
Governo Federal americano. Os aços são divididos em classes, e dentro de cada
especificação da entidade, designa das por uma dupla de dígitos (XX - XX) onde
se indica os valores nominais (em ksi) dos limites de resistência e de escoamento,
ou ainda, por um número (ou letra) seguidos da letra N ou Q (XN, XQ) para
indicar o tratamento térmico (N igual à normalização, Q igual à têmpera); contudo
outras formas de designação podem ser encontradas.
36
1.2.3.d. Propriedades mecânicas:
Os limites de resistência e de escoamento dos aços para fundição são
praticamente iguais aqueles de mesma composição, com microestrutura ferrítica e
no mesmo nível de dureza. E para a mesma dureza, a ductilidade também é
aproximadamente igual. Os aços trabalhados, no ensaio de choque, apresentam
uma temperatura de transição (para ductilidade nula) diferente para os corpos de
prova retirados na direção do trabalho mecânico (que é maior) do que na direção
transversal; para os aços fundidos, a temperatura de transição apresenta-se em
um valor intermediário aproximadamente. Entretanto, não se pode deixar de
considerar que a microestrutura dos aços no estado fundido apresenta,
dependendo das condições de fundição e da forma e dimensão da peça, uma
heterogeneidade maior; e, ainda, a possibilidade de estarem presentes defeitos
de fundição (porosidades, fissuras, etc.), internos e externos, na peça é um fator
importante de deterioração das propriedades mecânicas principalmente quando a
solicitação é de natureza dinâmica. As Tabelas 3 e 4 mostram, respectivamente,
as designações, faixas de composição para aços comuns ao carbono e vários
aços de baixa liga, e propriedades mecânicas para aços comuns ao carbono e
aços liga temperados em óleo e submetidos a revenimento.
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Tabela 3 – Sistemas de designação e faixas de composição para aços comuns ao
carbono e vários aços de baixa liga.
Composição (%)Designação
AISI/SAE
Designação
UNS Ni Cr Mo Outros
10xx G10xx0
11xx G11xx0 0,08 – 0,33 S
12xx G12xx0
0,10 – 0,35 S;
0,04 – 0,12 P
13xx G13xx0 1,60 – 1,90 Mn
40xx G40xx0 0,20 – 0,30
41xx G41xx0 0,80 – 1,10 0,15 – 0,25
43xx G43xx0 1,65 – 2,00 0,40 – 0,90 0,20 – 0,30
46xx G46xx0 0,70 – 2,00 0,15 – 0,30
48xx G48xx0 3,25 – 3,75 0,20 – 0,30
51xx G51xx0 0,70 – 1,10
61xx G61xx0 0,50 – 1,10 0,10 – 0,15 V
86xx G86xx0 0,40 – 0,70 0,40 – 0,60 0,15 – 0,25
92xx G92xx0 1,80 – 2,20 Si
Tabela 4 – Faixas de propriedades mecânicas para aços comuns ao carbono e
aços liga temperados em óleo e submetidos a revenimento.
Número AISI
Limite de
resistência à
tração (MPa)
Limite de
escoamento
(MPa)
Ductilidade (%AL
em 50 mm)
1040 605 – 780 430 – 585 33 – 19
1080 800 – 1310 480 – 980 24 – 13
1095 760 – 1280 510 – 830 26 – 10
4063 786 – 2380 710 – 1770 24 – 4
4340 980 – 1960 895 – 1570 21 – 11
6150 815 – 2170 745 – 1860 22 – 7
38
1.2.4. Aços ferramentas:
Um aço ferramenta é qualquer aço utilizado para confeccionar ferramentas
para corte, conformação ou qualquer tipo de modelação de um material em uma
peça ou componente adaptado para determinado uso.
Em serviço, a maioria dos aços ferramentas são submetidos a cargas
extremamente altas, aplicadas rapidamente. Eles devem resistir várias vezes a
essas cargas sem quebrar e sem experimentar um desgaste ou deformação
excessivos. Em muitas aplicações, os aços ferramentas devem ser capazes de
manter tais características sob condições que desenvolvam altas temperaturas na
ferramenta. Nenhum outro material combina máxima resistência ao desgaste,
tenacidade e resistência ao amolecimento a elevadas temperaturas. Desta forma,
selecionar adequadamente um material para ferramenta em uma dada aplicação
requer uma combinação de propriedades de modo a se atingir as características e
propriedades desejadas.
Com algumas exceções, todos os aços ferramentas devem ser tratados
termicamente para desenvolver as combinações de resistência ao desgaste,
resistência à deformação ou quebra sob altas cargas aplicadas, além da
resistência ao amolecimento a altas temperaturas. Apenas algumas formas
simples podem ser obtidas diretamente do fabricante, após tratamento térmico
adequado. Entretanto, a maioria dos aços ferramentas são primeiramente
conformados ou usinados para se obter a forma desejada para em seguida sofrer
um tratamento térmico, que pode ser feito pelo fabricante ou pelo usuário final.
1.2.4.a. Classificação e características:
De acordo com a classificação SAE – AISI (Society of Automotive
Engineers e American Iron and Steel Institute), os aços ferramentas são
agrupados em famílias, classificadas e rotuladas segundo características comuns
de tratamento térmico ou de emprego, onde cada família é representada por uma
mesma letra maiúscula que a designa, e a diferenciação entre aços de uma
mesma família é feita através de números, escritos após a letra representativa da
família. Assim, os aços ferramentas classificados de acordo com o emprego são
39
denominados de aços rápidos, para trabalho a quente, para trabalho a frio,
resistentes ao choque, de têmpera em água, baixa liga para fins especiais e para
moldes de plásticos.
Aços rápidos – Possuem esse nome devido à facilidade que possuem de resistir
ao amolecimento por ação do calor produzido pelo atrito contra a obra, nas
operações de usinagem a grandes velocidades de corte e pesados avanços.
Podem ser divididos em duas séries: a série T, que são aços rápidos à base de
tungstênio; e a série M, à base de molibdênio. Os aços das duas séries possuem
equivalência de performance; porém, a maior vantagem dos aços rápidos tipo M é
o custo inicial mais baixo (em torno de 40% mais baixo ao similar da série T). Esta
diferença de custo resulta do fato que o peso molecular do molibdênio é cerca de
metade do peso molecular do tungstênio. Aplicações típicas para os aços
ferramentas dos tipos W e T incluem ferramentas de corte de todos os tipos:
fresas, brocas, alargadores, escariadores, ferramentas de torno, brochas,
matrizes de corte, ferramentas de rebarbar, etc.
Aços para trabalho a quente – Muitas operações de manufatura envolvem
puncionamento, cisalhamento ou conformação de metais em altas temperaturas.
Os aços ferramentas do grupo H foram desenvolvidos para resistir a combinaçõesde calor, pressão e abrasão associados com essas operações. Este grupo
contém percentuais médios de carbono (0,35 a 0,45%) e percentuais de cromo,
molibdênio e vanádio totalizando de 6 a 25%. Há uma divisão em subgrupos, de
acordo com os elementos de liga: ao cromo (H10 a H19), ao tungstênio (H21 a
H26) e ao molibdênio (H41 a H43).
Os aços ferramentas ao cromo possuem boa resistência ao amolecimento
térmico devido ao percentual médio de cromo e à adição de elementos
formadores de carbonetos tais como o molibdênio, vanádio e tungstênio. O
percentual baixo de carbono e total de elementos de liga promovem tenacidade
em durezas de trabalho de 40 a 55 HRC. Altos percentuais de tungstênio e
molibdênio aumentam a resistência a quente mas reduz sensivelmente a
tenacidade. O vanádio é adicionado para aumentar a resistência ao desgaste por
erosão a altas temperaturas. Um aumento no percentual de silício melhora a
resistência à corrosão a temperaturas superiores a 800ºC. Tais aços são
40
especialmente adaptados para trabalho de matriz a quente, particularmente
matrizes para extrusão de alumínio e magnésio, bem como matrizes de moldes
de fundição, matrizes de forjamento, mandris e guilhotinas a quente. A maioria
destes aços possuem percentuais de carbono e elementos de ligas baixos o
suficiente para que as ferramentas confeccionadas com eles possam ser
resfriadas em serviço com água sem trincar.
Os principais elementos de liga dos aços ferramentas ao tungstênio são o
carbono, tungstênio, cromo e vanádio. Os altos percentuais de elementos de liga
destes aços os fazem mais resistentes ao amolecimento em altas temperaturas e
resistentes ao desgaste por erosão que os aços ferramentas para trabalho a
quente H11 e H13. Entretanto, alto percentual de elementos de liga também o
tornam mais propícios à fragilidade em durezas normais de trabalho (45 a 55
HRC) e os tornam menos resistentes ao resfriamento com água em serviço. Estes
aços podem ser endurecidos ao ar, temperados em óleo ou sal. A têmpera em
óleo ou sal é mais utilizado por minimizar carepa. Quando endurecidos ao ar,
geralmente apresentam uma pequena distorção. Embora estes aços possuam
alta tenacidade, eles assemelham-se, em muitas características, aos aços
rápidos; de fato, o tipo H26 é uma versão de baixo carbono do aço rápido T1. Se
houver um pré-aquecimento antes da utilização, os problemas com trincas podem
ser minimizados. São aços utilizados para fabricar mandris, matrizes de extrusão
para aplicações a altas temperaturas, tais como extrusão do latão, ligas de níquel
e aços, e também são úteis para uso em matrizes de forjamento a quente de
peças rugosas.
Apesar de ter três tipos possíveis de aços ferramentas ao molibdênio,
apenas o tipo H42 é utilizado. Esta liga contém molibdênio, cromo, vanádio e
carbono, com variações no percentual de tungstênio. Estes aços são similares
aos aços ferramentas ao tungstênio, com características e utilizações
praticamente similares. Apesar de sua composição assemelhar-se aos vários
aços rápidos ao molibdênio, o tipo H42 possui baixo percentual de carbono e
tenacidade muito alta. A principal vantagem do H42 sobre os aços ferramentas ao
tungstênio é o custo inicial muito baixo. O tipo H42 é mais resistente ao calor em
comparação com os aços para trabalho a quente ao tungstênio mas, em comum
com todos os aços com alto molibdênio, requer grandes cuidados no tratamento
41
térmico – particularmente com relação à descarbonetação e controle da
temperatura de austenitização.
Aços para trabalho a frio – Estes aços possuem essa designação por não
possuírem percentuais necessários de elementos de liga para resistir ao
amolecimento em altas temperaturas. São restritos a aplicações que não
envolvam aquecimento prolongado ou repetitivo acima de 200 a 260ºC. Há três
categorias de aços para trabalho a frio: aços de média liga, têmpera ao ar (grupo
A); aços alto carbono, alto cromo (grupo D) e aços de têmpera ao óleo (grupo O).
Os aços de média liga, têmpera ao ar (grupo A) contêm elementos de liga
suficientes para atingir dureza total em seções até cerca de 100 mm em diâmetro
com resfriamento ao ar a partir da temperatura de austenitização. Devido à
têmpera ao ar, os aços ferramentas do grupo A possuem distorção mínima e a
maior segurança (menor tendência a trincar) no endurecimento. Manganês, cromo
e molibdênio são os principais elementos de liga utilizados para propiciar este
endurecimento profundo. Aplicações típicas para os aços ferramentas do grupo A
incluem facas de corte, punções, aparadores, calibres, e são mais baratos que os
do grupo D.
Os aços ferramentas do grupo D possuem de 1,50 a 2,35% de carbono e
12% de cromo; com a exceção do tipo D3, os demais contêm também 1% de
molibdênio. Todos os aços ferramentas do grupo D, com exceção do tipo D3, são
temperados ao ar, e atingem dureza total quando resfriados em ar corrente. O tipo
D3 é quase sempre temperado em óleo (pequenas peças podem ser
austenitizadas no vácuo e então temperados ao gás); portanto, ferramentas
confeccionadas com D3 são mais suscetíveis à distorção e são mais prováveis a
trincar durante o endurecimento. Os aços do grupo D têm alta resistência ao
amolecimento a temperaturas elevadas. Estes aços exibem também excelente
resistência ao desgaste, em particular o tipo D7, que tem maiores percentuais de
carbono e vanádio. Todos os aços do grupo D – particularmente os tipos com teor
de carbono muito alto D3, D4 e D7 – contêm carbonetos compactos que os
tornam mais suscetíveis à fratura nas extremidades. Aplicações típicas para os
aços do grupo D incluem matrizes de longa corrida para corte de perfis,
conformação, moldes para tijolos, ferramentas para brunimento, etc.
42
Os aços ferramentas para trabalho a frio, têmpera ao óleo (grupo O)
possuem altos percentuais de carbono, mais outros elementos de liga suficientes
de tal forma que pequenas e moderadas seções podem atingir dureza total
quando temperados em óleo, a partir da temperatura de austenitização. Os aços
do grupo O variam em tipo de liga, bem como em percentual de liga, mesmo
quando eles são similares nas características gerais e são utilizados para
aplicações semelhantes. A propriedade mais importante relacionado à condição
de serviço é a alta resistência ao desgaste em temperaturas normais, resultado
do alto teor de carbono presente. Por outro lado, os aços do grupo O possuem
baixa resistência ao amolecimento em altas temperaturas. De modo geral, os
aços do grupo O são utilizados em matrizes para conformação a frio de metais,
em matrizes de corte, calibres e inúmeros outros usos em que se exija média
abrasividade e razoável indeformabilidade da ferramenta na têmpera. Como
ferramenta de corte, restringe-se apenas aos casos em que não haja
aquecimento por atrito em serviço.
Aços resistentes ao choque – Os elementos de liga principais dos aços
resistentes ao choque (grupo S) são o manganês, silício, cromo, tungstênio e
molibdênio, em várias composições. O teor de carbono é de cerca de 0,50% para
todos os aços do grupo S, o que produz uma combinação de alta resistência, alta
tenacidade e de baixa a média resistência ao desgaste. São usados
principalmente para talhadeiras, rebitadeiras, punções, e outras aplicações que
precisam de alta tenacidade e resistência à carga de choque. Como esses aços
possuem excelente tenacidade em altos níveis de resistência, são
freqüentemente considerados para aplicações não ferramentais e estruturais.
Aços de baixa liga para fins especiais – Os aços deste grupo (grupo L) contêm
pequenas quantidades de cromo, vanádio, níquel e molibdênio. Inicialmente,
foram listados sete tipos diferentes de aços para este grupo; porém, com a queda
da demanda,apenas os tipos L2 e L6 permaneceram. Os do tipo L2 possuem
uma variação do teor de carbono de 0,50 a 1,00% e seus principais elementos de
liga são o cromo e o vanádio, que os tornam aços endurecíveis ao óleo, com
tamanho de grão fino. Os do tipo L6 contêm pequenas quantidades de cromo e
molibdênio, mais 1,50% de níquel para aumento da tenacidade. Embora os dois
tipos são considerados aços temperados ao óleo, grandes seções de L2 são
43
freqüentemente temperadas em água. Os aços do grupo L são geralmente
utilizados para peças de máquina, tais como eixos, cames, mandris, e para outras
aplicações especiais que precisam de boa resistência e tenacidade.
Aços para moldes – Os aços utilizados para moldes (grupo P) contêm cromo e
níquel como elementos de liga principais. Os tipos P2 e P6 aços carbonizados
produzidos para padrões de qualidade de aços ferramentas. Eles possuem
dureza muito baixa e baixa resistência ao endurecimento de trabalho, na condição
recozido. Estes fatores torna-os possíveis de serem utilizados para a confecção
de um molde de impressão. Após a impressão, o molde é carbonizado,
endurecido e temperado para uma dureza superficial de cerca de 58 HRC. Todos
os aços do grupo P têm baixa resistência ao amolecimento a elevadas
temperaturas, com exceção para o P4 e P21, que possuem média resistência.
Estes aços são utilizados quase exclusivamente em matrizes de molde de
fundição em baixas temperaturas e em moldes para injeção ou compressão de
plásticos.
Aços de têmpera em água – Os aços de têmpera em água (grupo W) contêm
carbono como principal elemento de liga. Pequenas quantidades de cromo e
vanádio são adicionados para a maioria dos aços do grupo W – cromo para
aumentar a endurecibilidade e resistência ao desgaste, e vanádio para manter o
tamanho de grão fino e também para melhorar a tenacidade. A Society of
Automotive Engineers (SAE) recomenda uma divisão em graus de qualidade,
denominados “especial”, ou de qualidade 1, “extra”, ou de qualidade 2, “standard”,
ou de qualidade 3, e “comercial”, ou de qualidade 4. O de qualidade 1 engloba os
aços W de melhor qualidade, por haver controles rígidos de composição química
e temperabilidade. Os aços de qualidade 2 também são considerados de alta
qualidade, têm controle acurado de temperabilidade, são submetidos a testes de
controle de produção capazes de garantir um bom desempenho em aplicações de
caráter geral, mas deles não se exige tão rigorosas tolerâncias de composição
química quanto nos do tipo especial. Os de qualidade “standard” não são
fornecidos com certificado de temperabilidade controlada, e são recomendados
apenas nos casos em que se possa tolerar alguma variação de uniformidade em
seu desempenho. Os de qualidade comercial referem-se aos aços ao carbono
44
para ferramentas não sujeitos a testes especiais de qualidade, e também sem
garantias quanto a profundidade de têmpera.
Os usos dos aços do grupo W englobam um numeroso elenco de
ferramentas e matrizes de toda sorte. De maneira geral, os de teor de carbono
mais baixo apresentam melhor tenacidade, com perda de resistência ao desgaste,
enquanto que aqueles situados no outro extremo da faixa de teores de carbono
terão alta abrasividade, porém menor resistência a esforços bruscos.
A Tabela 5 mostra as designações e composições para seis aços
ferramentas.
Tabela 5 - Designações e composições para seis aços ferramentas.
Composição (%)Número
AISI
Número
UNS C Cr Ni Mo W V
M1 T11301 0,85 3,75
0,30
máx.
8,70 1,75 1,20
A2 T30102 1,00 5,15
0,30
máx.
1,15 - 0,35
D2 T30402 1,50 12
0,30
máx.
0,95 -
1,10
máx.
O1 T31501 0,95 0,50
0,30
máx.
- 0,50
0,30
máx.
S1 T41901 0,50 1,40
0,30
máx.
0,50
máx.
2,25 0,25
W1 T72301 1,10
0,15
máx.
0,20
máx.
0,10
máx.
0,30
máx.
0,10
máx.
1.2.5. Aços inoxidáveis
1.2.5.a. Constituição dos aços inoxidáveis trabalhados:
Os aços resistentes à corrosão, denominados comumente como aços
inoxidáveis, apresentam um teor mínimo de 11% de cromo que confere a
propriedade de resistência à corrosão. Outros elementos de liga também elevam
45
a resistência à corrosão, como o cobre, o alumínio, o silício e o molibdênio e,
particularmente, o níquel. Os aços inoxidáveis podem conter outros elementos de
liga além do cromo contudo em menores teores; o teor de níquel pode atingir a
8%.
Os aços inoxidáveis são classificados em quatro grupos de acordo com a
microestrutura básica formada e com a possibilidade de endurecimento por
tratamento térmico:
a) aços inoxidáveis ferríticos;
b) aços inoxidáveis martensíticos;
c) aços inoxidáveis austeníticos;
d) aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação.
Em decorrência da composição química, e dos tratamentos térmicos e
mecânicos aplicados, pode-se ter materiais com diferentes propriedades
mecânicas e de fabricação além da característica de resistência à corrosão para
meios ambientes comuns ou especiais.
Os aços inoxidáveis podem se apresentar nas formas comuns de placas
laminadas ou forjadas, chapas laminadas, tiras laminadas, barras laminadas e
forjadas, arames trefilados, tubos com e sem costura além de peças trabalhadas
por conformação plástica de formas diversas.
As propriedades mecânicas da maioria dos aços inoxidáveis são iguais ou
melhores do que os aços carbono. Os aços ferríticos e austeníticos somente
podem ser endurecidos por tratamentos mecânicos que provocam a deformação
plástica, e os aços martensíticos tem a sua resistência também elevada por
tratamento térmico de têmpera (e revenido). Contudo, alguns aços austeníticos
são considerados metaestáveis e apresentam um efeito de endurecimento por
deformação plástica (encruamento) maior do que outros aços devido a
precipitação de martensita induzida pela deformação. Os aços endurecíveis por
precipitação podem ser agrupados em dois tipos: aqueles que endurecem por
resfriamento brusco com um único tratamento, e aqueles outros que exigem um
tratamento duplo.
46
As propriedades de fabricação dos aços inoxidáveis são dependentes do
tipo de aço em função de sua composição e microestrutura; contudo de um modo
geral, deve-se considerar que, em relação aos aços carbono e aços de baixa liga,
os parâmetros de processamento são diferentes pois os aços inoxidáveis
apresentam maior resistência mecânica, maior ductilidade, maior taxa de
encruamento e exigem técnicas específicas de tratamento superficial para garantir
a propriedade de resistência à corrosão. os aços inoxidáveis podem ser forjados a
frio e a quente, usinados e soldados.
O diagrama de equilíbrio ferro - cromo é fundamental para compreender a
formação da microestrutura dos aços inoxidáveis e, consequentemente, das suas
propriedades mecânicas, de resistência à corrosão e de fabricação.
Os aços ferríticos estão compreendidos numa composição de cromo ampla
correspondente a fase alfa. A adição de carbono altera o diagrama ampliando a
restrita região de fase gama tornando possível a transformação martensítica da
estrutura austenítica com o tratamento térmico de têmpera (resfriamento brusco),
como nos aços - carbono. Os aços martensíticos permitem esse tratamento de
endurecimento, contudo não apresentam a mesma resistência à corrosão dos
aços ferríticos e austeníticos. A seleção entre um aço ferrítico (austenítico) e um
martensítico é feita em função do compromisso entre as propriedades mecânicas
(resistência, dureza, resistência ao desgaste) e a resistência à corrosão. A adição
de elementos de liga, como o níquel ou o manganês e nitrogênio, ampliam
acentuadamente a região de fase gama tornando-a estável à temperatura
ambiente; os aços com essa microestrutura são os aços austeníticos que contém
um mínimo de8% de níquel; esses aços são os mais resistentes à corrosão e
apresentam, ainda, a característica de não serem magnéticos como os aços
ferríticos e martensíticos; o seu endurecimento somente pode se dar por trabalho
a frio (encruamento), e alguns tipos podem endurecer por uma transformação
martensítica provocada pela deformação plástica. A adição de cromo e níquel nos
aços austeníticos pode crescer e, ainda pode-se adicionar molibdênio para elevar
a resistência à corrosão (por "pites" em soluções de cloretos); o carbono, nesses
aços, é adicionado em teores mínimos e, assim mesmo, deve ser estabilizado na
estrutura com elementos formadores de carbonetos como o titânio e o nióbio pois,
caso contrário pode provocar a corrosão intergranular e a perda de tenacidade
47
devido a precipitação de carbonetos em contornos dos grãos quando aquecidos
entre 454 a 565oC. Ainda, nesses aços, o níquel pode ser parcialmente
substituído por manganês. Os aços endurecíveis por precipitação apresentam um
compromisso entre resistência mecânica e à corrosão; o carbono é adicionado em
maiores teores do que nos aços ferríticos, contudo ainda em nível relativamente
baixo para se obter uma estrutura de matriz martensítica com baixo carbono, que
tem sua resistência mecânica elevada com um posterior tratamento de
endurecimento por precipitação. Esses aços se apresentam em três grupos de
acordo, ainda, com a microestrutura: austeníticos, semi-austeníticos e
martensíticos. Os aços austeníticos endurecíveis por precipitação são
basicamente aqueles já mencionados de estrutura austenítica ; contudo contendo
teores mais elevados de níquel, alumínio e titânio para produzir precipitados; dos
três é o que apresenta menor resistência mecânica, entretanto como o seu
tratamento de envelhecimento para precipitação se dá a temperaturas maiores,
consequentemente pode ser utilizado também para condições de trabalho em
temperaturas mais elevadas. Os aços semi-austeníticos endurecíveis por
precipitação tem a temperatura de início transformação para a martensita abaixo
da temperatura ambiente; quando é resfriado, após o recozimento para
solubilização, até a temperatura ambiente, apresenta-se austenítico, e, portanto,
relativamente dúctil; o seu endurecimento é obtido por um resfriamento brusco,
para produzir martensita, até abaixo da temperatura de transformação, seguida de
algumas etapas de reaquecimento para provocar a precipitação de compostos
intermetálicos. Nesses aços, se o teor de carbono for suficientemente elevado
para provocar a precipitação de carboneto de cromo nas temperaturas de
tratamento elevadas, a temperatura de transformação martensítica se coloca
acima da ambiente e a martensita surge com um resfriamento até essa última
temperatura ; e, além disso, uma transformação mecânica pode também induzir a
transformação martensítica. Com o subseqüente tratamento de envelhecimento
obtém-se uma resistência maior do que com os aços martensíticos anteriormente
descritos. Nos aços martensíticos endurecíveis por precipitação, a martensita se
forma por resfriamento, da condição solubilizada até uma temperatura acima da
ambiente; a composição básica é a do aço com 18%Cr - 8%Ni com adição de
pequena quantidade de carbono e retirada de um pouco de níquel, cromo e
48
manganês; a martensita precipitada é posteriormente endurecida por
envelhecimento que produz a precipitação de composto de níquel com alumínio,
titânio e nióbio e de carbonetos complexos.
1.2.5.b. Aços inoxidáveis fundidos:
As peças fundidas em aços inoxidáveis podem ser constituídas
basicamente dos mesmos tipos de aços que se apresentam na forma trabalhada
(ou dúctil); contudo alguns tipos tem a sua composição modificada para atender a
usos específicos. Os aços trabalháveis devem apresentar, obrigatoriamente,
ductilidade suficientemente elevada para os tratamentos mecânicos a quente
(laminação) e alguns, também a frio; mas os aços para peças fundidas não
apresentam essa restrição e algumas composições podem ser adotadas para
fabricar peças que não poderiam ser obtidas por transformação mecânica. Devido
a isso, dois grandes grupos de aços inoxidáveis para fundição são formados:
a) Aços fundidos de composição correspondente aos aços trabalhados, usados
principalmente em meios ambientes corrosivos à temperatura abaixo de
650oC;
b) Aços fundidos de composição modificada para atender a necessidade de
maior resistência mecânica para peças estruturais que devem operar às
temperaturas de até 1200oC.
Em geral os aços trabalhados e fundidos, de composições equivalentes,
apresentam as mesmas características de comportamento em meios corrosivos e,
comumente, são utilizados em conjunto para as diferentes peças de um sistema
mecânico; contudo, as propriedades mecânicas são diferentes devido a influência
notável das pequenas variações da composição da liga, das impurezas presentes
na microestrutura, e da natureza da estrutura de solidificação.
49
1.2.5.c. Resistência a corrosão dos aços inoxidáveis:
A resistência à corrosão dos aços inoxidáveis depende, basicamente, da
composição química e da microestrutura e, de um modo geral, pode-se afirmar
que os aços inoxidáveis martensíticos são os menos resistentes e os austeníticos
os mais resistentes. Assim sendo, deve-se considerar cada tipo, separadamente.
Porém, antes disso convém analisar genericamente o fenômeno da passivação e
a influência dos elementos de liga na resistência à corrosão. A passivação nos
aços inoxidáveis é obtida pela presença de uma fina película de óxido hidratado
de metal na superfície (com composição típica: 4M304.Si02. H2O para o aço 304).
A presença da película depende da natureza do meio ambiente e ela condiciona o
comportamento mais ou menos nobre do aço; quando está presente, o aço
inoxidável se aproxima do comportamento dos metais nobres, caso contrário se
assemelha a atividade do ferro comum. O meio ambiente, para garantir a
passividade, deve conter oxigênio que conduz à formação da película de óxidos
metálicos; nos casos em que ocorre aeração diferencial a corrosão pode surgir e,
por outro lado, nas situações de elevada velocidade de fluxo de líquido com
oxigênio dissolvido a corrosão é evitada; evidentemente, se a uma velocidade
maior corresponde, também, um aumento do efeito de erosão (por partículas
abrasivas suspensas), ou do efeito de cavitação, a resistência à corrosão é
diminuída devido a destruição rápida da película protetora formada. A destruição
da película num determinado ponto pode conduzir a rápida corrosão da peça por
um dos seguintes tipos de corrosão: por pites, por frestas, intergranular e sob
tensão. De um modo geral, dependendo do tipo de aço inoxidável e das
condições de meio ambiente, a corrosão é evitada ou, então, se manifesta de
forma rápida e destrutiva. A adição de cromo nos aços eleva gradativa mente a
resistência à corrosão atmosférica; e a velocidade de formação da película
passivante também depende do teor de cromo, contudo somente teores acima de
10% cria uma película protetora e, mesmo assim, com atmosferas rural ou
marítima essa película pode ser destruída. A presença do níquel garante a
resistência em algumas atmosferas sem oxigênio. O manganês é um estabilizador
da austenita à temperatura ambiente contudo não altera a resistência à corrosão
dos aços com alto teor de cromo; naquela função pode substituir parcialmente o
50
níquel. o molibdênio eleva a resistência à corrosão localizada em água do mar e
em solução de sais halogênicos; esse elemento atua no sentido de fortalecer a
película de óxido passivante. O carbono exerce uma influência fundamental e
quando, pelos tratamentos térmicos, permanece em solução, e não provoca a
formação de fases intermetálicas,aumenta a resistência A corrosão. Nos aços
austeníticos e ferríticos a redução do teor de carbono eleva a resistência à
corrosão pois diminui a suscetibilidade de precipitação de carboneto de cromo
que conduz à corrosão intergranular; além disso, a temperatura de sensibilização
e o tempo de permanência nessa temperatura influem na precipitação dos
carbonetos; o fenômeno de sensibilização pode ser evitado, então, reduzindo o
teor de carbono, ou utilizando elementos estabilizadores (nióbio e titânio) de
carbonetos na matriz, ou promovendo o recozimento para solubilização (seguido
de resfriamento rápido), ou, ainda, evitando a permanência na temperatura de
sensibilização. Nos aços martensíticos, o carbono é importante para permitir a
formação da martensita; e a me1hor condição de resistência à corrosão é a
temperada, contudo o revenido a baixas temperaturas (375oC) não altera
substancialmente essa característica; ou revenidos às temperaturas maiores
provocam a precipitação de carbonetos e reduzem a resistência à corrosão.
Aços austeníticos - São considerados como sendo os aços mais resistentes à
corrosão em meios ambientes de atmosfera industrial ou de meios ácidos,
mantendo a superfície brilhante e, praticamente, isento de produtos de corrosão
generalizada; em condições mais severas como de temperaturas mais elevadas
ou ácidos mais fortes, os elementos de liga devem ser adicionados em maiores
teores (como o tipo 304: 0,08% C máximo; 18-24 Cr; 8-12 Ni). A adição de
molibdênio acima de 2% eleva a resistência à corrosão localizada (como no tipo
316: 0,08 C max;16-18 Cr; 10-14 Ni; 2-3 Mo); para meios mais agressivos (com
teor de cloretos mais elevados), os teores de níquel e molibdênio são maiores;
contudo, muito importante também é a manutenção no aço de baixos teores de
inclusões e de precipitados durante a sua fase de fabricação. Na corrosão
intergranular deve-se considerar a denominada temperatura de sensibilização;
com aquecimentos de tratamentos térmicos em faixas de temperatura de cerca de
600 a 870oC, ocorre uma redução da resistência à corrosão intergranular: surge a
51
formação e precipitação de carbonetos ricos em cromo (M23C6) ao longo dos
contornos dos grãos, e a região adjacente perde cromo pois a velocidade de
difusão do cromo é menor do que a do carbono; os carbonetos podem também
conter níquel e molibdênio. As temperaturas maiores do que essas assinaladas,
obtém-se uma recuperação da liga provocando a difusão do cromo pelas regiões
empobrecidas desse metal; portanto, a liga é mais resistente à corrosão quando
recozida para solubilização (900 a 1090oC) e resfriada rapidamente para evitar a
sensibilização. A redução do teor de carbono do aço abaixo do valor de saturação
da solução sólida reduz esse efeito (utiliza-se o aço 304L ao invés do 304). Mas a
adição, também , de nióbio ou titânio produz um aço "estabilizado" aumentando a
resistência à corrosão intergranular: o elemento estabilizante impede a
precipitação dos carbonetos provenientes da solução sólida; os teores mínimos
desses elementos são os seguintes - 8 x %C para o x %C para o Ti - porém, na
presença de nitrogênio são necessárias as quantidades maiores para compensar
a formação dos nitretos. Os meios mais agressivos são as soluções ácidas
oxidantes. Muitos aços são suscetíveis à corrosão sob tensão (particularmente
em soluções contendo cloretos com pH 2 a 10, e temperatura acima de 300oC);
os aços com mais de 30% de níquel são praticamente, imunes a esse tipo de
corrosão. Os aços resistentes à corrosão localizada são normalmente, também,
resistentes à corrosão por frestas. Para elevar a resistência erosão - corrosão,
procura-se aumentar a dureza da liga, e isso feito com a adição de teores mais
elevados de cromo. A corrosão galvânica no aço austenítico pode ocorrer
dependendo da natureza do outro me tal em contato e da condição passivada ou
ativada em que se encontra no meio líquido; na condição passivada é
relativamente nobre, caso contrário comporta-se como o ferro.
Aços ferríticos - Apresentam a melhor condição de corrosão no estado recozido;
apesar das adições de molibdênio elevar a resistência à corrosão, pode ocorrer a
precipitação de carbonetos e nitretos complexos de cromo - molibdênio, durante
um processo de soldagem ou de um tratamento térmico de alívio de tensões, com
prejuízo para a resistência à corrosão particularmente a intergranular. A
resistência à corrosão generalizada aumenta com o teor de cromo e com o
tratamento térmico de recozimento para solubilização. Por outro lado, a corrosão
52
por pites e por frestas se manifesta menos acentuadamente também com o
aumento do teor de cromo, contudo a adição de molibdênio se apresenta como
mais influente; a composição para garantir uma boa resistência é no mínimo 23%
Cr e 2% Mo; e para contornar o problema de precipitação de carbonetos na
soldagem, por exemplo, deve-se reduzir os teores de carbono e nitrogênio (abaixo
de 0,15% em conjunto). A temperatura de sensibilização à corrosão intergranular
permanece na faixa de 600-650oC, e em meios líquidos constituídos de ácidos
oxidantes ocorre intensa penetração da fissura de corrosão; pode-se prevenir
esse dano realizando um recozimento (após a soldagem) ao redor de 700oC, ou
adicionando estabilizadores como o titânio e o nióbio ou reduzindo os teores de
carbono e nitrogênio; um teor de carbono abaixo de 0,02% impede a presença
desse tipo de corrosão. A resistência à corrosão sob tensão é obtida com um
mínimo de 20% Cr e 1% Mo, em ambiente de íons de cloro; contudo a pureza do
metal em geral contribui muito para elevar a resistência. A intensidade de
corrosão por formação de par galvânico depende da condição de passividade; o
aço ferrítico se apassiva com maior dificuldade do que o austenítico. A resistência
à erosão - corrosão aumenta com a dureza superficial que por sua vez, se eleva
com teores maiores de cromo e molibdênio e com a condição encruada.
Aços martensíticos - Apresentam teor máximo de cromo de 14%, para permitir a
transformação martensítica mas, de qual quer forma, são selecionados para
condições ambientais não severas e para peças onde a resistência mecânica é
fundamental; além do relativamente baixo teor de cromo, esses aços possuem
alto carbono que conduz a formação de precipitados.
Aços endurecíveis por precipitação - São selecionados também para condições
menos severas de corrosão, onde pretende-se resistências mecânicas maiores do
que as dos aços ferríticos e austeníticos. As ligas com teores mais elevados de
cromo são mais resistentes mas as condições de tratamento térmico influenciam,
acentuadamente a resistência à corrosão; a condição de melhor resistência à
corrosão é a solubilizada e a pior é a precipitada.
53
1.2.5.d. Propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis:
As propriedades mecânicas dependem da composição química, do
processo de fabricação (aço trabalhado ou fundido) e do tratamento térmico
aplicado, que condicionam uma determinada microestrutura. Em geral, como já se
mencionou, as propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis se assemelham às
dos aços carbono comuns. Contudo como em muitas aplicações as temperaturas
de trabalho não são iguais a temperatura ambiente, e como comumente as
propriedades indicadas nas normas e manuais técnicos se referem à temperatura
ambiente, há necessidade de se realizar ensaios específicos para verificar o
comportamento mecânico e a estabilidade estrutural nas temperaturas, altas ou
baixas, reais de trabalho.
Os aços austeníticos podem ter a sua resistência mecânica elevada por
trabalho a frio contudo os tipos metaestáveis, isto é, que precipitam martensita
com a deformação plástica, apresentam um efeito de encruamento maior (o aço
301,por exemplo, é metaestável, ao contrário do aço 304).
Os aços ferríticos são menos dúcteis do que os aços austeníticos, e a
deformação a frio eleva menos acentuadamente a resistência mecânica. Os aços
martensíticos, que podem ser ferríticos na condição recozida, apresentam
resistência mecânica elevada quando temperados; o revenido a baixas
temperaturas (até 450oC) apenas alivia as tensões internas. Nos aços
endurecíveis por precipitação a resistência mecânica é maior ainda. A Figura 3
esquematiza as modificações de composição a partir do aço inoxidável
austenítico 304, visando certas propriedades específicas.
54
Figura 3 – Modificações de composição a partir do aço inoxidável austenítico 304,
visando propriedades específicas (segundo a norma AISI) (Padilha & Guedes,
1994).
55
1.2.5.e. Usos típicos dos aços inoxidáveis em geral:
A aparência brilhante e atraente dos aços inoxidáveis, que se mantém ao
longo do tempo com simples limpeza, associada à resistência mecânica, torna
esses materiais adequados aos usos na construção arquitetônica, na fabricação
de móveis e objetos de uso doméstico e a outros usos semelhantes.
A resistência à corrosão dos aços inoxidáveis aos diversos meios químicos
permitem o seu emprego em recipientes, tubulações e componentes de
equipamentos de processamento de produtos alimentares e farmacêuticos, de
celulose e papel, de produtos de petróleo e de produtos químicos em geral.
A resistência à oxidação, em temperaturas mais elevadas, torna possível o
seu uso em componentes de fornos, câmaras de combustão, trocadores de calor
e motores térmicos.
A resistência mecânica relativamente elevada, tanto à temperatura
ambiente como às baixas temperaturas, faz com que sejam usados em
componentes de máquinas e equipamentos nos quais se exige alta confiabilidade
de desempenho como, por exemplo, partes de aeronaves e mísseis, vasos de
pressão, e componentes estruturais menores como parafusos e hastes.
1.2.5.f. Efeito do níquel nos aços inoxidáveis:
O níquel é o mais importante elemento de liga adicionado à composição
básica dos aços inoxidáveis, essencialmente uma liga ternária de ferro – carbono
- cromo. A adição progressiva do níquel numa determinada liga desloca a zona de
formação de ferrita delta para temperaturas mais elevadas e aumenta a
quantidade de austenita também formada as altas temperaturas. E a estabilidade
da austenita a temperatura ambiente é também elevada pelo aumento do teor de
níquel de tal modo que com 8% Ni tem-se uma estrutura totalmente austenítica;
contudo, esse teor de níquel para a formação de austenita estabilizada a
temperatura ambiente depende do teor de cromo: com cerca de 18% Cr basta 8%
Ni, porém para composições maiores ou menores de 18% Cr, o teor de níquel
deve ser sempre maior para garantir esse efeito.
56
Algumas expressões matemáticas empíricas permitem estimar os teores de
níquel necessários para obter uma estrutura totalmente austenítica em função dos
teores dos outros elementos de ligas presentes no aço inoxidável.
Nos aços inoxidáveis, endurecíveis pela presença de maior teor de carbono
e formação de martensita por tratamento térmico de têmpera, a temperatura de
início de formação da martensita é reduzida de forma mais acentuada em função
do teor do níquel do que ocorre com teores crescentes de cromo ou manganês. A
adição de níquel nos aços martensíticos acentua o efeito de endurecimento, além
de elevar a resistência à corrosão; contudo para teores excessivamente elevados
pode ocorrer a retenção de austenita que é de natureza mole.
Nos aços ferríticos o níquel comumente não está presente, contudo a
adição de uma certa quantidade de níquel nesses aços, em teores de 2 a 5%
aproximadamente, eleva substancialmente a resistência ao choque, ou seja,
reduz a temperatura de transição de comportamento dúctil - frágil nas solicitações
mecânicas por impacto. Teores de níquel nos aços ferríticos, em torno de até 1%,
elevam a resistência à corrosão por pites em ambiente atmosférico e, de uma
maneira geral, em meios líquidos agressivos, dependendo, evidentemente, dos
teores dos outros elementos de liga presentes.
Nos aços martensíticos a atuação do níquel é particularmente importante.
Dependendo do teor de carbono no aço inoxidável, a medida em que o teor de
cromo cresce - para conferir maior resistência à corrosão - a transformação de
fase se dá no sentido de formar ferrita ao invés de martensita o que reduz, por
conseguinte, a capacidade de endurecimento do material. A adição de níquel
recupera essa propriedade de endurecibilidade, tanto no resfriamento rápido
como no ar após o aquecimento para austenitização. No aço inoxidável 431, por
exemplo, o teor de níquel é de 1,2 a 2,5%. Nos aços endurecíveis por
precipitação, a presença do níquel é também favorável para conferir o máximo
efeito de elevação de resistência por tratamento térmico. E de um modo geral,
teores crescentes de níquel nos aços inoxidáveis elevam a resistência à corrosão
em diversos ambientes corrosivos, além de também conferir melhor resistência e
ductilidade; o teor de níquel presente pode variar comumente ao redor de 2 a 6%
dependendo dos teores dos outros elementos de liga presentes e da condição de
aço trabalhado ou fundido.
57
Os aços austeníticos contém níquel na quantidade suficiente para conduzir
a estabilidade da austenita a temperatura ambiente, como já foi citado. O
aumento do teor de níquel, ainda na faixa de composição onde pode ocorrer a
transformação de austenita em martensita, provoca a gradativa redução da
resistência mecânica e elevação da ductilidade. Para a resistência a corrosão em
geral, nos aços com 18% de cromo, teores maiores do que 8% e até 12% de
níquel não provocam sensível melhoria de comportamento do aço em, por
exemplo, atmosferas marítimas; em outros meios mais ou menos agressivos, a
elevação do teor de níquel eleva a resistência a corrosão comumente, contudo o
teor ideal para o efeito máximo depende da composição do aço e da natureza do
meio ambiente. Uma influência notável do níquel nos aços inoxidáveis é a
elevação da capacidade de conformação plástica a frio; a presença do níquel em
até 10%, estabilizando a austenita, contribui, de um modo geral, para elevar a
ductilidade do aço, e reduzir, gradativamente, a sua resistência mecânica; a partir
de 10% de níquel a ductilidade também tende a decrescer reduzindo, por
conseqüência, a conformabilidade, o teor de 10%, para o efeito máximo, depende
da composição do aço, em particular do teor de cromo. As Tabelas 6 e 7 mostram
a composição química e propriedades mecânicas de alguns aços inoxidáveis
respectivamente.
58
Tabela 6 – Composição química e condição de tratamento térmico de alguns tipos
de aços inoxidáveis.
Número AISI Número UNS Composição (%) Condição
409 S40900
0,80 C; 11,0 Cr;
1,0 Mn, 0,50 Ni,
0,75 Ti
Recozido
446 S44600
0,20 C; 25 Cr; 1,5
Mn
Recozido
304 S30400
0,08 C; 19 Cr; 9 Ni;
2,0 Mn
Recozido
316L S31603
0,03 C; 17 Cr; 12
Ni; 2,5 Mo; 2,0 Mn
Recozido
410 S41000
0,15 C; 12,5 Cr;
1,0 Mn
Recozido
Temperado e
revenido
440A S44002
0,70 C; 17 Cr; 0,75
Mo; 1,0 Mn
Recozido
Temperado e
revenido
17-7PH S17700
0,09 C; 17 Cr; 7 Ni;
1,0 Al; 1,0 Mn
Endurecido por
precipitação
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Tabela 7 – Propriedades mecânicas e características típicas de alguns tipos de
aços inoxidáveis.
Propriedades Mecânicas
Número
AISI
Condição
Limite de
resistência à
tração (MPa)
Limite de
escoamento
(MPa)
Ductilidade (%
AL em 50 mm)
409 Recozido 380 205 20
446 Recozido 515 275 20
304 Recozido 515 205 40
316L Recozido 485 170 40
Recozido 485 275 20
410 Temperado
e recozido
825 620 12
Recozido725 415 20
440A Temperado
e recozido
1790 1650 5
17-7PH
Endurecido
por
precipitação
1450 1310 1 – 6
1.2.6. Ferros fundidos:
É o termo genérico utilizado para as ligas Ferro - Carbono nas quais o
conteúdo de Carbono excede o seu limite de solubilidade na austenita na
temperatura do eutético. A maioria dos ferros - fundidos contém no mínimo 2% de
carbono, mais silício (entre 1 e 3%) e enxofre, podendo ou não haver outros
elementos de liga. Os ferros - fundidos também são chamados de ligas Ferro –
Carbono – Silício. A Figura 4 mostra o diagrama de fases Ferro – Grafita, utilizado
para os ferros fundidos.
60
Figura 4 – Diagrama de equilíbrio de fases Ferro – Grafita (Callister Jr., 2002).
1.2.6. a. Classificação:
Os ferros fundidos se classificam nos seguintes grupos gerais:
- Ferros fundidos brancos;
- Ferros fundidos cinzento;
- Ferros fundidos nodulares;
- Ferros fundidos vermiculares;
- Ferros fundidos maleáveis;
- Ferros fundidos ligados.
Esse critério de classificação se apoia principalmente na forma como o
carbono se apresenta na massa metálica solidificada, após o processo de
fundição para a fabricação de peças: carbono na condição de cementita ou
carbono na condição de grafita de diferentes morfologias (veios ou nódulos).
61
1.2.6.b. Constituição:
O ferro fundido é constituído de um grande conjunto de ligas de ferro que
contém mais do que 2% de carbono e cerca de 1 a 3% de silício; os ferros
fundidos do último grupo contêm ainda elementos de liga que conferem alguma
propriedade adicional à liga básica.
O ferro fundido branco é formado no processo de solidificação quando não
ocorre a precipitação da grafita e todo o carbono fica na forma de carboneto de
ferro; os teores de silício são baixos para permitir a formação de carbonetos e as
matrizes são perlíticas. Nos ferros fundidos brancos ligados, elementos
adicionados - cromo, molibdênio e vanádio - atuam como estabilizador dos
carbonetos e permite a obtenção de matrizes bainíticas ou martensíticas. No
processo de solidificação, um resfriamento mais rápido favorece a formação de
cementita.
O ferro fundido cinzento apresenta a grafita precipitada na forma de flocos,
ou veios, que confere uma aparência acinzentada na fratura de um corpo de
prova (ao contrário da cor esbranquiçada do primeiro tipo de ferro fundido). As
condições de fundição podem alterar a forma da grafita precipitada, e a morfologia
da grafita tem notável influência nas propriedades mecânicas do material. A
matriz pode ser de natureza predominantemente ferrítica ou perlítica, dependendo
da velocidade de resfriamento, do teor de silício e do teor de carbono equivalente
CE = (teor de carbono) + 1/3 (teor de silício + teor de fósforo). A adição de
elementos de liga pode permitir a obtenção de estrutura martensítica após
tratamentos térmicos posteriores na peça.
O ferro fundido nodular, muitas vezes denominado ferro fundido dúctil ou
de grafita esferoidal, apresenta a característica particular da grafita se apresentar
na forma de partículas aproximadamente esféricas; essa morfologia é obtida com
a adição de elementos como o magnésio na massa líquida. Esse processo é
denominado de nodulização, enquanto que o processo de inoculação - conduzido
antes, durante ou após o primeiro - determina o tamanho e a distribuição das
partículas esferoidizadas. A estrutura típica da matriz é perlítica, contudo os
nódulos de grafita se encontram envolvidos por ferrita; algumas vezes, a
cementita livre pode estar presente. As quantidades de perlita, ferrita e cementita
62
dependem da composição, do tipo de nodulizante e inoculante, da velocidade de
resfriamento e da prática de fundição. Os tratamentos térmicos podem ser
aplicados para alterar a microestrutura e as propriedades: recozimento para obter
estrutura ferrítica dúctil, normalização para refinar os grãos perlíticos e têmpera e
revenido para endurecimento o ferro fundido vermicular, ou de grafita
compactada, apresenta esse microconstituinte interligado dentro das células
eutéticas e de dimensão mais grosseira do que os veios de grafita do ferro
fundido cinzento; a microestrutura nesse caso pode ser considerada de
características intermediárias entre a do ferro fundido cinzento e do ferro fundido
nodular. Essa forma de distribuição da grafita é obtida através de controle preciso
do processo de inoculação.
O ferro fundido maleável é obtido do tratamento de um ferro fundido
branco, que consiste em um aquecimento por várias horas em uma temperatura
de cerca de 925ºC (acima do ponto eutetóide); nessa 1ª etapa do processo de
maleabilização ocorre a decomposição da cementita e a precipitação de nódulos
de grafita de formato irregular. O resfriamento, da 2ª etapa, deve ser lento para
provocar a precipitação do carbono restante que permaneceu dissolvido na
austenita. A microestrutura final é um agregado de ferrita e grafita.
Os ferros fundidos ligados podem ser constituídos de diversos elementos;
contudo comumente adiciona-se cromo, molibdênio ou níquel em ferros fundidos
cinzentos ou nodulares para se obter resistência maior, inclusive em peças de
maiores espessuras, e, ainda, em alguns casos para elevar a resistência ao
desgaste, à corrosão e às altas temperaturas; nos ferros fundidos brancos os
elementos de liga estão presentes para elevar mais ainda a resistência ao
desgaste e a resistência à corrosão.
1.2.6.d. Designação:
Segundo a norma ABNT EB126, os ferros fundidos cinzentos são
designados pelas letras FC, que significam ferro fundido cinzento, acompanhadas
de dois algarismos representativos do limite mínimo de resistência à tração. Estes
ainda são divididos em classes com uma numeração de dois dígitos (segundo
ASTM A48) que correspondem à resistência à tração em unidades ksi; a
63
numeração inicia-se com 20 (20 ksi = 140 MPa) e termina com 60 (60 ksi = 410
MPa).
Os ferros fundidos nodulares apresentam um conjunto de três pares de
números, por exemplo: 60 – 40 – 18, onde o primeiro par corresponde à
resistência à tração (em ksi), o segundo ao limite de escoamento (em ksi) e o
terceiro ao alongamento(em % para corpo de prova de 50mm); ainda segundo a
ASTM; seguem essas designações as entidades americanas ASME, SAE e as
normas militares, contudo podem surgir outras formas de designação com
sistemas alfanuméricos. Os ferros fundidos maleáveis são designados com um
conjunto de 5 dígitos (ver normas da ABNT, particularmente as: NBR 6589, 6590.
6916, 6914).
1.2.6.e. Propriedades:
Os ferros fundidos brancos são duros e frágeis, contudo possuem elevada
resistência à compressão; além disso, mantém a resistência e a dureza em
temperaturas elevadas e são particularmente empregados para resistir ao
desgaste em geral e do tipo abrasivo em particular.
Os ferros fundidos cinzentos apresentam características que dependem
muito dos veios de grafita que estão presentes; ao mesmo tempo em que a
dureza é elevada (o que confere resistência ao desgaste), tem boa usinabilidade
(provocada pelo efeito de quebra do cavaco e de lubrificação da grafita); além
disso, apresentam características de metal anti - fricção e com capacidade para
amortecimento de vibrações.
Os ferros fundidos nodulares caracterizam-se pela ductilidade, tenacidade
e resistência mecânica. Porém, a característica mais importante relacionada com
a resistência mecânica é o limite de escoamento, que é mais elevado nos ferros
fundidos nodulares do que nos demais ferros fundidos. As outras propriedades
são equivalentes a do ferro fundido cinzento como a usinabilidade e a resistência
à corrosão.
As propriedades do ferro fundido vermicular são intermediárias do ferro
fundido cinzento e nodular, e as características do ferro